Na0.44MnO2在碱性溶液中的电化学机制

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 曹余良

引用本文: 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, 曹余良. Na0.44MnO2在碱性溶液中的电化学机制[J]. 物理化学学报, 2020, 36(5): 190502. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905027 shu
Citation:  Li Hui, Liu Shuangyu, Yuan Tianci, Wang Bo, Sheng Peng, Xu Li, Zhao Guangyao, Bai Huitao, Chen Xin, Chen Zhongxue, Cao Yuliang. Electrochemical Mechanism of Na0.44MnO2 in Alkaline Aqueous Solution[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(5): 190502. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905027 shu

Na0.44MnO2在碱性溶液中的电化学机制

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

    国家电网公司(SGRIDGKJ[2017]841)、国家科技部(2016YFB0901500)和国家自然科学基金(21875171, 21673165)资助项目

摘要: Na0.44MnO2具有原料丰富、合成简单、无毒环境友好、结构稳定性高等优势,适合作为水溶液钠离子电池的正极材料。Na0.44MnO2在中性水溶液中的比容量较低(30–40 mAh∙g−1),而采用碱性电解液可大大提高Na0.44MnO2的可逆比容量(80 mAh∙g−1)。当我们扩宽碱性电池的充放电窗口(1.95–0.3 V)时,在1.0 V (vs Zn/Zn2+)附近出现一个宽的放电平台,且首周放电比容量高达275 mAh∙g−1,远远超出其理论嵌钠容量(121 mAh∙g−1)。本文我们通过对不同放电深度下的电极进行X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)表征,研究其超额容量的放电机理。结果表明1.0 V以下的低电位放电过程可分为两个阶段:第一阶段为H+在隧道结构中的嵌入,此时隧道结构保持不变,放电曲线上表现为平台区;第二阶段为过量H+的嵌入引起隧道结构破坏,同时伴随着Mn(OH)2相的生成和Na+从结构中释放出来,放电曲线上表现为斜坡区。这一研究结果表明Na0.44MnO2在碱液中的可逆性与下限电位紧密相关,高稳定的Na0.44MnO2材料需要避免H+的嵌入。

English

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  • 发布日期:  2020-05-15
  • 收稿日期:  2019-05-06
  • 接受日期:  2019-06-03
  • 修回日期:  2019-06-02
  • 网络出版日期:  2019-05-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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