Organisation de l’interface cathodique manganèse pour batteries zinc-manganèse utilisant un électrolyte semi-eutectique

Les batteries zinc-manganèse (ZMB) sont de plus en plus privilégiées en tant que nouveau kind de batterie sûre et respectueuse de l’environnement. Cependant, ils sont en proie à une dégradation de capacité provoquée par les électrolytes aqueux conventionnels (par exemple, les sels de zinc 2 M), qui sont principalement affectés par los angeles réaction incontrôlable de dissolution/précipitation interfaciale.

D’une section, les constructions dissoutes du zinc²⁺ Et de²⁺ Ils sont impossibles à distinguer les uns des autres et n’ont pas de propriétés cinétiques évidentes, conduisant à des réactions compétitives et à une co-précipitation pour former des produits tels que le ZnMn.₂Hé₄ Avec une faible activité électrochimique.

D’autre section, selon los angeles théorie DLVO, los angeles diminution du potentiel bicouche provoquée par l’adsorption des anions réduit los angeles répulsion interfaciale, conduisant au dépôt d’agglomérats dans MnO.₂ interface anodique et los angeles formation de produits de dépôt inhomogènes et irréversibles, ce qui conduit à une détérioration de los angeles cinétique de l’interface au cours du processus de cyclage.

Le groupe du professeur Shuchuan Liang et du professeur Guzhao Fang de l’Université Central South a proposé une nouvelle idée consistant à utiliser un électrolyte semi-eutectique pour organiser l’interface anodique à base de manganèse. Les molécules d’urée dans l’électrolyte semi-eutectique remplacent l’OTf^– À l’interface anodique à base de manganèse, le potentiel anodique augmente, modifiant los angeles cinétique de destruction du manganèse.²⁺ Et du zinc²⁺ À l’interface anodique, un dépôt interfacial uniforme et réversible de manganèse est régulé et catalysé.

Les spectres Raman et infrarouge ainsi que les calculs d’énergie de liaison moléculaire ont également montré de fortes interactions de liaison hydrogène entre le CF et₃ Groupe FTO^– et N.H.₂ Groupe urée dans l’électrolyte. Pendant ce temps, les calculs de dynamique moléculaire montrent los angeles différence dans les constructions dissoutes des ions zinc et manganèse dans l’électrolyte, où l’urée pénètre facilement dans los angeles construction dissoute des ions zinc et pénètre à peine dans los angeles construction dissoute des ions manganèse.

Cette différence dans los angeles construction du soluté et les interactions des liaisons hydrogène dans l’électrolyte confère à l’électrolyte semi-eutectique ses propriétés uniques (décrites plus en détail ci-dessous).

Los angeles microbalance à cristal de quartz (QCM-D), los angeles spectroscopie Raman, le potentiel zêta et les courbes de température potentielle montrent que dans l’électrolyte semi-eutectique, l’urée déplace l’OTf- qui était initialement adsorbé à l’interface cathodique, augmentant ainsi l’électrode. Potentiel à los angeles cathode.

L’urée pénètre facilement dans los angeles construction dissoute de l’ion zinc mais pas dans los angeles construction dissoute de l’ion manganèse. Cela permet aux ions zinc de réagir avec l’urée à l’interface cathodique, réduisant ainsi los angeles décomposition des ions zinc. Raman et

Théoriquement, modifier le potentiel EDL pourrait affecter los angeles cinétique d’oxydation à l’interface. Idéalement, selon l’équation de Butler-Volmer, los angeles vitesse de los angeles réaction redox sur l’électrode est liée au potentiel d’interface. Cette relation entre los angeles vitesse de réaction d’oxydation de l’électrode et le potentiel du niveau de Stern devient φ₂ affect.

Théoriquement, plus le potentiel de l’électrode φ est élevé₂, los angeles vitesse de réaction d’oxydation de l’électrode a diminué. On peut donc supposer que l’électrolyte semi-eutectique est défavorable à los angeles cinétique initiale de los angeles cathode. Cependant, los angeles courbe dQ/dV montre que bien que l’électrolyte quasi-eutectique ne soit pas adapté à los angeles cinétique initiale de los angeles cathode, los angeles cinétique de l’électrolyte quasi-eutectique est meilleure que celle de l’électrolyte aqueux conventionnel lors d’un cyclage strong de l’électrode.

Cela est dû au fait que selon los angeles théorie DLVO, un potentiel d’électrode plus élevé augmente los angeles drive de répulsion entre les dépôts, évite l’agglomération du dépôt et augmente los angeles conductivité du dépôt, ce qui améliore los angeles cinétique.

L’consideration portée à los angeles cinétique des anodes à base de manganèse ne doit pas se limiter à los angeles segment initiale, mais plutôt à une cinétique strong pendant le cyclage.

Les cellules avec électrolyte semi-eutectique ont un taux de rétention de capacité plus élevé, une polarisation de stress plus faible et un effet d’autodécharge plus faible. Des cycles stables de 350 cycles peuvent être obtenus à un courant de 0,5 A^-1. Même si elle est installée comme une batterie versatile à trois couches, elle peut toujours atteindre 100 cycles à 0,3 Ah g.^-1 Los angeles capacité spécifique actuelle est strong à 200 mA^-1.

L’ouvrage est publié dans los angeles revue Revue scientifique nationale.