氧气空隙丰富Bi₂SeO₅纳米片与离子电池的双机制

科学领域:

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背景情况:

• 离子 (NH$_{4}$$^{+}$) 由于其轻质量和小的水合半径,对水态能量储存具有吸引力.
• 离子电池 (AIB) 的高性能阳极稀缺,限制了这种储能技术的发展.
• 了解NH$_{4}$$^{+}$与宿主材料之间的相互作用对于设计高效的AIB至关重要.

研究的目的:

• 为水性离子电池 (AIB) 开发一种高性能插入式阳极.
• 为了研究AIBs中的Bi$_{2}$SeO$_{5}$纳米片的电荷存储机制.
• 评估开发的阳极的电化学性能和长期稳定性.

主要方法:

• 合成Bi$_{2}$SeO_{5}$纳米板作为阳极材料.
• 电化学表征包括循环电量计,静电电荷放电和电化学阻抗光谱学.
• 现场表征以阐明电荷储存机制 (NH$_{4}$$^{+}$/H$^{+}$ 协干/脱干,转化反应,键).
• 使用 MnO$_{2}$ 阴极组装和测试摇椅 AIB.

主要成果:

• 优化的Bi$_{2}$SeO$_{5}$阳极在1M NH$_{4}$Cl电解质中表现出高可逆容量341.03 mAh g$^{-1}$在0.3 A g$^{-1}$时.
• 实现了特殊的循环稳定性,在 7000 个循环后,在 3 A g$^{-1}$ 时保持 86.7% 的容量.
• 发现Bi$_{2}$SeO$_{5}$中的氧气空缺增强了离子/电子转移,并促进了与NH$_{4}$$^{+}$的键形成.
• 一个用MnO$_{2}$阴极组装的AIB在0.15 A g^{-1}$下提供了140.73 mAh g$^{-1}$的超高容量和207.13 Wh kg^{-1}$的能量密度.

结论:

• 一个可逆的NH$_{4}$$^{+}$/H$^{+}$协同干扰/脱干扰机制加上转换反应和键被建议用于Bi$_{2}$SeO$_{5}$阳极.
• 开发的Bi$_{2}$SeO$_{5}$纳米板阳极展示了高性能水性离子电池的巨大潜力.
• 这项研究为设计下一代AIB的先进阳极提供了一个有希望的策略.