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 l. a. réaction incontrôlable de dissolution/précipitation interfaciale.

D’une section, les buildings 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 l. a. théorie DLVO, l. a. diminution du potentiel bicouche provoquée par l’adsorption des anions réduit l. a. répulsion interfaciale, conduisant au dépôt d’agglomérats dans MnO.₂ interface anodique et l. a. formation de produits de dépôt inhomogènes et irréversibles, ce qui conduit à une détérioration de l. a. 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 l. a. 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 l. a. différence dans les buildings dissoutes des ions zinc et manganèse dans l’électrolyte, où l’urée pénètre facilement dans l. a. construction dissoute des ions zinc et pénètre à peine dans l. a. construction dissoute des ions manganèse.

Cette différence dans l. a. 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).

L. a. microbalance à cristal de quartz (QCM-D), l. a. 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 l. a. cathode.

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

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

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

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

L’consideration portée à l. a. cinétique des anodes à base de manganèse ne doit pas se limiter à l. a. section initiale, mais plutôt à une cinétique solid pendant le cyclage.

Les cellules avec électrolyte semi-eutectique ont un taux de rétention de capacité plus élevé, une polarisation de pressure 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 L. a. capacité spécifique actuelle est solid à 200 mA^-1.

L’ouvrage est publié dans l. a. revue Revue scientifique nationale.