Исследовательская группа под руководством профессора Чэнь Вэя из Университета науки и технологий Китая (USTC) Китайской академии наук (CAS) впервые выявила важную роль галогенопосредованной сольватной структуры в процессе десольватации. многовалентных ионов. Результат исследования был опубликован в журнале Joule.
Команде удалось использовать металлические марганцевые батареи (MnMB) в качестве исследовательской платформы, чтобы полностью продемонстрировать важную роль галоген-опосредованного (с Cl в качестве основного объекта исследования) механизма в снижении перенапряжения осаждения ионов многовалентных металлов и усилении кулоновского и эффективность растворения/осаждения.
С помощью теоретических расчетов и экспериментов исследователи полностью подтвердили, что Cl полностью участвует в сольватации Mn 2+ в разработанном электролите, превращая сольватированную структуру [Mn(O sol ) 6 ] 2+ в [Mn(O sol ) 3 Cl 3 ] 2+ .
По сравнению с другими атомами атомы Cl имеют больший радиус и меньшую плотность заряда; таким образом, сольватированная связь Mn-Cl слабее, чем связь Mn-O, что значительно снижает энергию десольватации во время осаждения, снижает перенапряжение осаждения металлического марганцевого анода и значительно повышает кулоновскую и фарадеевскую эффективность.
Исследователи собрали симметричные и асимметричные элементы, чтобы продемонстрировать надежность галогенсодержащего электролита. Экспериментальные данные показали, что электролит может поддерживать стабильную циклическую работу симметричных ячеек в течение более 700 часов при плотности тока 0,1 мА см -2 , что значительно превосходит характеристики известных марганцево-металлических аккумуляторных электролитов.
Симметричные ячейки показали стабильные значения поляризации при различных плотностях тока, что полностью продемонстрировало превосходные характеристики кратности электролита. Кроме того, электролит обеспечивал кулоновскую эффективность, близкую к 100%, и перенапряжения осаждения/растворения <200 мВ даже на различных металлических или неметаллических коллекторах.
Асимметричная ячейка, собранная из этого электролита, может стабильно работать в течение более 1000 часов при использовании Ketjenblack (KB) в качестве токосъемника.
Примечательно, что эффективность осаждения /растворения марганца оставалась на уровне 96,8% даже при более высокой поверхностной емкости (5 мАч/см 2 ).
Для дальнейшего подтверждения ценности разработанного галогенсодержащего электролита исследователи также разработали галогенсодержащий неводный металлический полный элемент из марганца. Ячейка была способна стабильно работать в течение почти 600 циклов в разработанном галогенсодержащем электролите и демонстрировала удовлетворительные характеристики множественности и два четко выраженных плато.
Исследование предлагает новый путь для разработки перезаряжаемых неводных MnMB с помощью технологии электролитов , что, как ожидается, принесет пользу другим многовалентным металлическим батареям и гальванотехнике.
