Рисунок 1. Электрохимические характеристики слоистых оксидов P3-Na0,6O2: (A) Типичные кривые заряда и разряда при скоростях 0,1 C и 2,0 C (B) Производительность цикла при скоростях 0,1 C и 2,0 C.
Рисунок 2. Сравнение nPDF и xPDF для начального и заряженного состояний P3-Na0,6'Li0,2Mn0,8'O2
Рисунок 3. Анализ структуры зарядового состояния на основе нейтронографической обработки
Внутренний переходный металлический слоистый оксид (AMO2, A = Li + или Na +, M = переходный металл) является важным катодным материалом на ионно-ионной батарее на основе лития. Традиционно окислительно-восстановительная реакция переходных металлов обеспечивает деинтеркализацию ионов Следовательно, емкость катодного материала ограничена окислительно-восстановительной способностью переходного металла в слоистом оксидном материале. Однако эта традиционная концепция не удовлетворена литий-ионным аккумулятором, богатым литием, слоистым оксидным катодным материалом (структура O3 Li «LixM1-x'O2). Литий-богатый материал имеет сверхвысокую обратимую емкость (300 мАч / г), но источник этой емкости не может быть объяснен только окислительно-восстановительным восстановлением переходного металла. Большое количество исследований показало, что богатые литием Решетчатый кислород в слоистых материалах привлекает выгоды и потери в электронных процессах для обеспечения дополнительной мощности. На самом деле, не только богатые литием материалы, многие слоистые оксидные материалы могут обеспечить участие кислорода в электрохимических процессах, которые обеспечивают дополнительную емкость для компенсации заряда. Однако, как решеточный кислород участвует в компенсации заряда, как добиться обратимого изменения цен на кислород всегда было горячей темой в дебатах и прояснить взаимосвязь между кристаллической структурой и процессом изменения цены ионов кислорода Ключ к механизму реакции.
Институт физики Китайской академии наук / Пекин Национальная лаборатория по физике конденсированных сред (чипы) лаборатория Clean Energy E01 группы докторантов и другое содержание Scenic, под руководством доцента Ю. Си смиренным исследователь Ху Yongsheng и т.д., и Национальной лаборатории Oak Ridge доктор Лю Цзюэ, доктор США Брукхейвенской национальной лаборатории исследователь Huen Юань и Ян Сяоцин, национальной лаборатории Лоренса Беркли исследователь Ян Wanli, линейный ускоритель центр, научный сотрудник Стэнфордского университета Лю Цзинь и другие формы сотрудничества, при рассеянии нейтронов, синхротронного излучения технологии и других современных методов характеризации , детальное изучение механизма резервуара натрия (фиги. 1) Р3-Na0.6'Li0.2Mn0.8'O2 ион натрия материал положительного электрода и высокий обратимая окислительно-восстановительная реакция только с участием ионов кислорода, чтобы уточнить материал претерпевает обратимый кислород структурные причины изменения цен. результаты исследования структурно-индуцированную Реверсивный анионного Редокс активность в Na Layered оксидного катода, опубликованной в джоулей.
Используя функцию распределения нейтронной пары (nPDF) в сочетании с методами рентгеновской и нейтронной дифракции, команда исследовала кислородное участие кислорода в анодной оксиде P3 до и после электрохимической реакции Из изменений короткодействующей структуры, подтвержденных изменением структуры обратимой фазовой структуры обратимой переменной кислородно-индуцированной структуры в методе исследования, используемом для первоначального изучения изменений структуры кристалла, связанных с зарядом кислорода, результаты, показанные на рисунке 2. Дифракция порошка нейтронов Уточненные результаты (рис.3) показывают, что структура материала после зарядки по-прежнему представляет собой слоистую структуру с P-фазой с большим количеством дефектов укладки. Присутствие кислорода, полученное после отделки, все еще равно 1, что свидетельствует о том, что после зарядки почти Потери кислорода в решетке отсутствуют. Благодаря анализу приведенных выше результатов было обнаружено, что кристаллическая структура материала имеет ключевую регуляторную роль для его обратимого поведения изменения цен на кислород: структура P имеет большее межслоевое расстояние (относительная фаза O3) Принесите искажение решетки, в то же время большее расстояние между слоями может эффективно ингибировать миграцию катионов на слой щелочного металла во время зарядки (богатый литием материал происходит в слоистой структуре шпинели Изменение), стабильность слоистой структуры, так что реакция окисления-восстановления ионов кислорода обратимо.
Это исследование поясняет механизм обратимой окислительно-восстановительной реакции ионов кислорода с точки зрения структуры материала и дает новую идею для проектирования высоковольтных и высокомощных литий-ионных катодных материалов с стабильным и обратимым изменением цен на кислород. Исследование ввело функцию распределения нейтронной пары (nPDF) как мощный инструмент для расширения исследовательского измерения.
Исследование было поддержано Национальной программой фундаментальных исследований Китая (программа 973), Национальным выдающимся молодежным научным фондом, Инновационной исследовательской группой Национального фонда естественных наук Китая и Программой сотен талантов Академии наук Китая.
