锌电池中锰氧化物阴极的循环机理：基于理论的方法
摘要：环保水性电解液中的锌基电池具有较高的体积能量密度。锌离子电池（ZIBs）依赖于类似于锂离子的Zn$^{2+}$穿梭体系，这使得其循环效率和循环寿命优于锌空气电池。在近中性硫酸锌电解液中，锰氧化物阴极是最有潜力的ZIB候选材料。我们提出Zn$^{2+}$插入、H$^+$插入和Mn$^{2+}$溶解是电荷储存机制的主要贡献。在放电和充电过程中，观察到两个不同的相。值得注意的是，在第二个放电阶段出现了pH驱动的硫酸锌氢氧化物沉淀。然而，对这些ZIB的两相机制的完整和一致的理解仍然缺失。本文提出了一个由DFT计算支持的连续全电池模型，以研究这些观察结果的影响。我们将近中性水性电解液的复杂形成反应整合到电池模型中，并结合DFT计算，绘制了循环机制的一致性图像。我们研究了电解液pH和锰氧化物阴极反应机制之间的相互作用，并确定了主要的电荷存储机制。我们的模型通过电化学循环数据、循环伏安图和原位pH测量得到验证。这使得我们能够分析电池设计和电解质组成对循环性能的影响，并优化电池性能。
作者：Niklas J. Herrmann, Holger Euchner, Axel Gro{ss}, Birger Horstmann
论文ID：2308.03352
分类：Chemical Physics
分类简称：physics.chem-ph
提交时间：2023-08-08