Na0.44MnO2在碱性溶液中的电化学机制

作者：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^*

来源：Acta Physico - Chimica Sinica, 2020, 36(05): 120-126.

• 钠离子电池
• Na0.44MnO2
• 碱性电解液
• 电化学机制
• 质子嵌入

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(30–40m Ah·g-1),而采用碱性电解液可大大提高Na0.44MnO2的可逆比容量(80 m Ah·g-1)。当我们扩宽碱性电池的充放电窗口(1.95–0.3V)时,在1.0V(vsZn/Zn2+)附近出现一个宽的放电平台,且首周放电比容量高达275 m Ah·g-1,远远超出其理论嵌钠容量(121 m Ah·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。

• 单位
  化学与分子科学学院; 全球能源互联网研究院; 水力机械过渡过程教育部重点实验室; 武汉大学