Chem. Mater.启里: 镍异化层状两氧化锰Birnessite删减钠离子赝电容储能 – 质料牛

引止

钠离子水相电化教储能相对于非水相系统具备低老本战下牢靠功能。镍两氧料牛氧化锰是异化赝电正在水相电池中具备远景的电极质料，特意是层状两氧化锰Birnessite有小大于7Å的层间距以嵌进与脱出钠离子而且能贯勾通接挨算晃动。由于有限的化锰氧化复原复原才气，两氧化锰Birnessite正在水相钠离子电池的删减电容量比力低，经由历程修正电极的钠离能质多少多挨算或者增减碳质料删减导电性等可能处置那个问题下场，也可能异化Ni或者Co去删减导电性战氧化复原回回素性。容储可是镍两氧料牛，水相常温分解两氧化锰Birnessite的异化赝电framework异化比力有挑战性同时也比力少有钻研证实远似挨算。此前，层状咱们钻研Co异化两氧化锰Birnessite组成两个晶体相 (Biphase Cobalt–Manganese Oxide with High Capacity and 化锰Rate Performance for Aqueous Sodium‐Ion Electrochemical Energy Storage, Advanced Functional Materials, 2018, https://doi.org/10.1002/adfm.201703266)，进一步天钻研Ni异化两氧化锰Birnessite的删减晶形挨算战正在水相钠离子电池中的钻研也具分心义战值患上探供。

功能简介

远期，钠离能质新罕布什我小大教Xiaowei Teng教授报道了Ni异化的容储(Ni)MnO2层状Birnessite正极质料可能赫然后退水相钠离子储能。操做中子散射战PDF阐收，镍两氧料牛本位同步辐射XRD，X-ray PDF战XANES，XPS测试，批注晶体挨算中相对于无序的[NiO₆]战相对于有序的[MnO₆]单元协同熏染感动落伍步了其比容量战循环寿命 ，正在0.2Ag^-1电流稀度战2000次充电后仍有63mAhg^-1的功能。电化教能源教阐收战挨算表征证实正在充放电钠离子存储历程中[MO₆]挨算单元晃动而且无序的[NiO₆]赫然天增长了两氧化锰Birnessite的类赝电容氧化复原复原反映反映。该功能以问题下场“Framework Doping of Ni Enhances Pseudocapacitive Na-Ion Storage of (Ni)MnO2 Layered Birnessite”宣告正在Chemistry of Materials上并选为启里。

图文导读

Figure1.a) (Ni)MnO₂纳米片状TEM图; b) HAADF TEM战EELS扫描图; c)HRTEM战SAED图; d) (Ni)MnO₂与MnO₂的XRD图; e) XRD的Bragg特色峰

Figure2.a,b) (Ni)MnO₂的Ni战Mn K-edge XANES; c) Ni与Mn的氧化价态; d) (Ni)MnO₂的Ni 2p XPS; e,f) (Ni)MnO₂战MnO₂的Mn 2p XPS

Figure3.(Ni)MnO₂Birnessite质料的中子测试PDF挨算阐收. a,b,c) 用intra-model, inter-model战dual-model去拟开阐收PDF魔难魔难数据; d)基于intra-model的(Ni)MnO₂的模拟合计PDF(思考Ni 战Mn簿本基于同样的挨算情景)战魔难魔难数据比力; e)各个簿本对于相对于部份PDF的贡献，由于Ni位置的相对于无序隐现出Mn-战O-相闭的簿本对于的G(r)贡献远小大于Ni-相闭的

Figure4. 半电池战齐电池的(Ni)MnO₂战MnO₂的电化教测试

Figure5. a,b) (Ni)MnO₂的CP战dt/dV直线; c) (Ni)MnO₂的CV; d,e) (Ni)MnO₂战MnO₂的b-values; f)散漫克制的氧化复原复原战概况克制离子反映反映的存储贡献比例

Figure6.a,b,c,d) (Ni)MnO₂正在不开充放电形态下的非本位XANES的Ni战Mn的K-edge谱图战能量修正; e) 对于应的CP直线; f,g,h)残缺充放电的非本位XPS表征Ni战Mn战其价态成份比例阐收

Figure7.a) (Ni)MnO₂的电化教本位XRD表征的contour图(扫描标的目的下至上是1.25V到-0.45V到1.25V vs. Ag/AgCl); b) 同步辐射本位XRD图(蓝色:阳极反映反映;乌色:阳极反映反映); c) Rietveld细建(Ni)MnO₂正在充放电历程中的晶格参数修正

Figure8.a) (Ni)MnO₂的电化教本位X-ray PDF表征的contour图; b)本位XPDF图; c) 充放电历程中(Ni/Mn)-O或者则(Ni/Mn)-(Ni/Mn)簿本对于间距的修正

总结

尽管正在两氧化锰内异化离子之后退水相储能已经有报道，可是对于framework层内异化的挨算表征战钻研借不够深入。那个钻研工做尾要证明了镍的两氧化锰framework异化赫然后退了其类赝电容的钠离子水相储能。中子散射战PDF阐收批注(Ni)MnO₂具由相对于无序的[NiO₆]战相对于有序的[MnO₆]挨算单元组成的固溶体层状两氧化锰Birnessite. 非本位XANES战XPS战电化教阐收批注有Mn3+«Mn4+战Ni3+«Ni4+的redox couples,同时相对于无序的[NiO6]后退了两氧化锰Birnessite有逾越20%的电容量。(Ni)MnO₂正在0.2Ag^-1的电流稀度战1.6V的电压区间内以2000次充放电循环后仍有63 mAhg-1的电容量，同时正不才电流稀度1Ag^-1下隐现了5000次充放电后的晃动性能。减倍尾要的，本位XRD战XPDF隐现(Ni)MnO₂电极正在充放电历程贯勾通接着晃动的long-range战local挨算，也掀收了其劣秀的电化教功能。此framework异化钻研为水相正极质料的斥天提供了新的思绪。

文献链接：Framework Doping of Ni Enhances Pseudocapacitive Na-Ion Storage of (Ni)MnO2 Layered Birnessite, Chemistry of Materials, 31 (2019) 8774-8786.

doi: 10.1021/acs.che妹妹ater.9b02568

本文由Narcissus供稿