Influence of NaOH Concentration on Sodium Storage Performance of Na0.44MnO2

Hui Li Shuangyu Liu Tianci Yuan Bo Wang Peng Sheng Li Xu Guangyao Zhao Huitao Bai Xin Chen Zhongxue Chen Yuliang Cao

Citation:  Li Hui, Liu Shuangyu, Yuan Tianci, Wang Bo, Sheng Peng, Xu Li, Zhao Guangyao, Bai Huitao, Chen Xin, Chen Zhongxue, Cao Yuliang. Influence of NaOH Concentration on Sodium Storage Performance of Na0.44MnO2[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(3): 190704. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907049 shu

NaOH浓度对Na0.44MnO2储钠性能的影响

    通讯作者: 陈重学, zxchen_pmc@whu.edu.cn
    曹余良, ylcao@whu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展计划 2016YFB0901500

    国家自然科学基金 21673165

    国家电网公司 SGRIDGKJ[2017]841

    国家电网公司(SGRIDGKJ[2017]841)、国家重点基础研究发展计划(2016YFB0901500)和国家自然科学基金(21875171, 21673165)资助项目

    国家自然科学基金 21875171

摘要: 我们通过球磨法及后续的高温焙烧合成出了短棒状的Na0.44MnO2,并研究了其作为碱性水溶液钠离子电池正极时,电解液NaOH浓度对其电化学性能的影响。结果表明,提高NaOH浓度有利于抑制嵌氢反应的发生并改善电极的循环性能和倍率性能,但同时也会造成析氧反应的提前触发,浓度过高时则又会降低其倍率性能。Na0.44MnO2在8 mol·L-1 NaOH中表现出了最佳的电化学性能,0.5C (1C = 121 mA·g-1)的电流密度下,比容量达到79.2 mAh·g-1,50C时,仍能释放出35.3 mAh·g-1的比容量,在0.2–1.2 V (vs. NHE)的电压窗口内,500周后容量保持率64.3%。此外,我们也发现缩小电压窗口可以减少副反应、改善循环性能。Na0.44MnO2在浓碱电解液中也表现出了优异的耐过充能力。上述结果不仅表明通过优化电解液体系和测试条件可大大改善Na0.44MnO2的储钠性能,同时也证实了Na0.44MnO2作为一种水溶液钠离子电池正极材料,在大规模储能领域具有良好的应用前景。

English

    1. [1]

      Bin, D.; Wang, F.; Tamirat, A. G.; Suo, L.; Wang, Y.; Wang, C.; Xia, Y. Adv. Energy Mater. 2018, 8 (17), 1703008. doi: 10.1002/aenm.201703008

    2. [2]

      Qian, J.; Wu, C.; Cao, Y.; Ma, Z.; Huang, Y.; Ai, X.; Yang, H. Adv. Energy Mater. 2018, 8 (17), 1870079. doi: 10.1002/aenm.201702619

    3. [3]

      Pan, H.; Hu, Y. S.; Chen, L. Energy Environ. Sci. 2013, 6 (8), 2338. doi: 10.1039/c3ee40847g

    4. [4]

      Zhang, B.; Liu, Y.; Wu, X.; Yang, Y.; Chang, Z.; Wen, Z.; Wu, Y. Chem. Commun. 2014, 50 (10), 1209. doi: 10.1039/c3cc48382g

    5. [5]

      Hou, Z. G.; Li, X. N.; Liang, J. W.; Zhu, Y. C.; Qian, Y. T. J. Mater. Chem. A 2015, 3 (4), 1400. doi: 10.1039/c4ta06018k

    6. [6]

      Liu, Y.; Qiao, Y.; Zhang, W. X.; Xu, H. H.; Li, Z.; Shen, Y.; Yuan, L. X.; Hu, X. L.; Dai, X.; Huang, Y. H. Nano Energy 2014, 5, 97. doi: 10.1016/j.nanoen.2014.02.010

    7. [7]

      Dong, J.; Zhang, G. M.; Wang, X. G.; Zhang, S.; Deng, C. J. Mater. Chem. A 2017, 5 (35), 18725. doi: 10.1039/c7ta05361d

    8. [8]

      Gao, H. C.; Goodenough, J. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55 (41), 12768. doi: 10.1002/anie.201606508

    9. [9]

      Song, W. X.; Ji, X. B.; Zhu, Y. R.; Zhu, H. J.; Li, F. Q.; Chen, J.; Lu, F.; Yao, Y. P.; Banks, C. E. ChemElectroChem 2014, 1 (5), 871. doi: 10.1002/celc.201300248

    10. [10]

      Lee, J. H.; Ali, G.; Kim, D. H.; Chung, K. Y. Adv. Energy Mater. 2017, 7 (2), 10. doi: 10.1002/aenm.201601491

    11. [11]

      Wu, X. Y.; Luo, Y.; Sun, M. Y.; Qian, J. F.; Cao, Y. L.; Ai, X. P.; Yang, H. X. Nano Energy 2015, 13, 117. doi: 10.1016/j.nanoen.2015.02.006

    12. [12]

      Wu, X. Y.; Sun, M. Y.; Guo, S. M.; Qian, J. F.; Liu, Y.; Cao, Y. L.; Ai, X. P.; Yang, H. X. ChemNanoMat 2015, 1 (3), 188. doi: 10.1002/cnma.201500021

    13. [13]

      Jiang, Y.; Yu, S.; Wang, B.; Li, Y.; Sun, W.; Lu, Y.; Yan, M.; Song, B.; Dou, S. Adv. Funct. Mater. 2016, 26 (29), 5315. doi: 10.1002/adfm.201600747

    14. [14]

      Wang, B.; Liu, S.; Sun, W.; Tang, Y.; Pan, H.; Yan, M.; Jiang, Y. ChemSusChem 2019, 12(11), 2415. doi: 10.1002/cssc.201900582

    15. [15]

      Cao, Y.; Xiao, L.; Wang, W.; Choi, D.; Nie, Z.; Yu, J.; Saraf, L. V.; Yang, Z.; Liu, J. Adv. Mater. 2011, 23 (28), 3155. doi: 10.1002/adma.201100904

    16. [16]

      Xiao, Y.; Wang, P. F.; Yin, Y. X.; Zhu, Y. F.; Yang, X.; Zhang, X. D.; Wang, Y.; Guo, X. D.; Zhong, B. H.; Guo, Y. G. Adv. Energy Mater. 2018, 8 (22). doi: 10.1002/aenm.201800492

    17. [17]

      Chen, Z.; Yuan, T.; Pu, X.; Yang, H.; Ai, X.; Xia, Y.; Cao, Y. ACS Appl. Mater. Inter. 2018, 10 (14), 11689. doi: 10.1021/acsami.8b00478

    18. [18]

      Ju, X.; Huang, H.; Zheng, H.; Deng, P.; Li, S.; Qu, B.; Wang, T. J. Power Sources 2018, 395, 395. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.05.086

    19. [19]

      Whitacre, J. F.; Tevar, A.; Sharma, S. Electrochem. Commun. 2010, 12 (3), 463. doi: 10.1016/j.elecom.2010.01.020

    20. [20]

      Kim, D. J.; Ponraj, R.; Kannan, A. G.; Lee, H. W.; Fathi, R.; Ruffo, R.; Mari, C. M.; Kim, D. K. J. Power Sources 2013, 244, 758. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.02.090

    21. [21]

      Wang, Y.; Liu, J.; Lee, B.; Qiao, R.; Yang, Z.; Xu, S.; Yu, X.; Gu, L.; Hu, Y. S.; Yang, W.; Kang, K.; Li, H.; Yang, X. Q.; Chen, L.; Huang, X. Nat. Commun. 2015, 6, 6401. doi: 10.1038/ncomms7401

    22. [22]

      Li, Z.; Young, D.; Xiang, K.; Carter, W. C.; Chiang, Y. M. Adv. Energy Mater. 2013, 3 (3), 290. doi: 10.1002/aenm.201200598

    23. [23]

      Yuan, T.; Zhang, J.; Pu, X.; Chen, Z.; Tang, C.; Zhang, X.; Ai, X.; Huang, Y.; Yang, H.; Cao, Y. ACS Appl. Mater. Inter. 2018, 10 (40), 34108. doi: 10.1021/acsami.8b08297

    24. [24]

      Nakamoto, K.; Kano, Y.; Kitajou, A.; Okada, S. J. Power Sources 2016, 327, 327. doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.07.052

    25. [25]

      Kuehnel, R. S.; Reber, D.; Battaglia, C. ACS Energy Lett. 2017, 2 (9), 2005. doi: 10.1021/acsenergylett.7b00623

    26. [26]

      Yamada, Y.; Usui, K.; Sodeyama, K.; Ko, S.; Tateyama, Y.; Yamada, A. Nat. Energy 2016, 1 (10), 16129. doi: 10.1038/nenergy.2016.129

    27. [27]

      Choi, J.; Alvarez, E.; Arunkumar, T. A.; Manthiram, A. Electrochem. Solid St. 2006, 9 (5), A241. doi: 10.1149/1.2184495

    28. [28]

      Manthiram, A.; Choi, J. J. Power Sources 2006, 159 (1), 249. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.04.028

    29. [29]

      Wang, Y. G.; Luo, J. Y.; Wang, C. X.; Xia, Y. Y. J. Electrochem. Soc. 2006, 153 (8), A1425. doi: 10.1149/1.2203772

    30. [30]

      Luo, J. Y.; Cui, W. J.; He, P.; Xia, Y. Y. Nat. Chem. 2010, 2, 760. doi: 10.1038/nchem.763

    31. [31]

      Mohamed, A. I.; Whitacre, J. F. Electrochim. Acta 2017, 235, 730. doi: 10.1016/j.electacta.2017.03.106

    32. [32]

      Sauvage, F.; Laffont, L.; Tarascon, J. M.; Baudrin, E. Inorg. Chem. 2007, 46 (8), 3289. doi: 10.1021/ic0700250

    33. [33]

      Kim, H.; Kim, D. J.; Seo, D. H.; Yeom, M. S.; Kang, K.; Kim, D. K.; Jung, Y. Chem. Mater. 2012, 24 (6), 1205. doi: 10.1021/cm300065y

    34. [34]

      Altin, S.; Oz, E.; Altin, E.; Demirel, S.; Bayri, A.; Avci, S. Dalton Trans. 2018, 47 (47), 17102. doi: 10.1039/c8dt03508c

    35. [35]

      李慧, 刘双宇, 袁天赐, 王博, 盛鹏, 徐丽, 赵广耀, 白会涛, 陈新, 陈重学, 等.物理化学学报, 2020, 36 (5), 1905027. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905027Li, H.; Liu, S. Y.; Yuan, T. C.; Wang, B.; Sheng, P.; Xu, L.; Zhao, G. Y.; Bai, H. T.; Chen, X.; Chen, Z. X.; et al. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36 (5), 1905027. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905027

    36. [36]

      Li, W.; Zhang, F.; Xiang, X.; Zhang, X. ChemElectroChem 2017, 4 (11), 2870. doi: 10.1002/celc.201700776

    37. [37]

      Shao, M.; Deng, J.; Zhong, F.; Cao, Y.; Ai, X.; Qian, J.; Yang, H. Energy Storage Mater. 2019, 18, 92. doi: 10.1016/j.ensm.2018.09.029

    38. [38]

      Suo, L.; Borodin, O.; Gao, T.; Olguin, M.; Ho, J.; Fan, X.; Luo, C.; Wang, C.; Xu, K. Science 2015, 350 (6263), 938. doi: 10.1126/science.aab1595

    39. [39]

      Pu, X.; Wang, H.; Zhao, D.; Yang, H.; Ai, X.; Cao, S.; Chen, Z.; Cao, Y. Small 2019, 15, 1805427. doi: 10.1002/smll.201805427

    40. [40]

      Yuan, T.; Wang, Y.; Zhang, J.; Pu, X.; Ai, X.; Chen, Z.; Yang, H.; Cao, Y. Nano Energy 2019, 56, 160. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.11.011

    41. [41]

      Yamada, Y.; Usui, K.; Sodeyama, K.; Ko, S.; Tateyama, Y.; Yamada, A. Nat. Energy 2016, 1 (10), 16129. doi: 10.1038/nenergy.2016.129

    42. [42]

      Pu, X.; Wang, H.; Yuan, T.; Cao, S.; Liu, S.; Xu, L.; Yang, H.; Ai, X.; Chen, Z.; Cao, Y. Energy Storage Mater. 2019, 22, 330. doi: 10.1016/j.ensm.2019.02.017

    43. [43]

      Cha, C. S.; Yu, J. X.; Zhang, J. X. J. Power Sources 2004, 129 (2), 347. doi: 10.1016/j.jpowsour.2003.11.043

    44. [44]

      Martinet, S.; Durand, R.; Ozil, P.; Leblanc, P.; Blanchard, P. J. Power Sources 1999, 83 (1–2), 93. doi: 10.1016/s0378-7753(99)00272-4

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  6
  • 文章访问数:  1187
  • HTML全文浏览量:  38
文章相关
  • 发布日期:  2021-03-15
  • 收稿日期:  2019-07-16
  • 接受日期:  2019-08-30
  • 修回日期:  2019-08-22
  • 网络出版日期:  2019-09-04
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章