MLi<sub>2</sub>Ti<sub>6</sub>O<sub>14</sub> (M = 2Na, Sr, Ba, Pb) Titanate Anodes for Lithium-Ion Capacitors (LICs)
Notice bibliographique
Résumé
Presence of shared edge, particularly of shared face, decreases the stability of ionic structures, for e.g., the least number of [TiO₆] shared edges (two) makes rutile (hcp) the most stable TiO₂ polymorph (Pauling’s IIIrd rule) [1]. Further, on insertion of (one or three) Li into spinel LiTi₂O₄ (ccp) or Li-substituted defect-spinel Li₄Ti₅O₁₂ (LTO), Li in 8a [LiO₄] sites migrate along with incoming Li to vacant 16c [LiO₆] sites, effectively avoiding face sharing of [TiO₆]-[TiO₆], [LiO₆]-[TiO₆] or [LiO₄]-[TiO₆] polyhedra in the intermediate states. This is unlike the face shared polyhedra that form mid-way during lithium insertion in case of rutile (hcp), brookite (hcp/ccp) or anatase (ccp) [2]. A unique zero-strain two-phase separation occurs favourably at a 1.5 V flat Ti(IV)/Ti(III) redox voltage vs Li, which is far above the deposition potential of lithium. This makes LTO a safe, dendrite-free, high-power, and long-life anode that is widely used commercially (Altair Nano, Toshiba SCiB, Yinlong) as an alternative to graphite. LTO is also reported (Hydro Quebec) to cycle over 30000 times vs LiFePO₄ while retaining 90% capacity. Along these lines, orthorhombic Cmca MLi₂Ti₆O₁₄ (MLTO) (M = 2Na, Sr, Ba, Pb) [3-5] prepared by rapid combustion-synthesis exhibit similar voltage (1.3-1.45 V) and capacity (100-160 mAh/g, upto 4 Li uptake). The first reported compound in this family, BaLi₂Ti₆O₁₄, had a high ionic conductivity (10-3 S/cm, 300ᵒC) and was found by serendipity during attempts to stabilize - a high-temperature type-III superionic Ramsdellite phase (MnO₂) of Li₂Ti₃O₇ - by addition of Ba [6]. Ramsdellite crystallizes in a rutile-type arrangement of 2X1 [TiO₆] polyhedras and reversibly inserts 2.24 Li [7]. Lithium diffusivity - migration pathways, their temperature dependent activation energies and diffusion coefficient - in MLTO was probed using a combination of methods involving bond valence site energy (BVSE) analysis, AC bulk-conductivity analysis, and electrochemistry versus Li was demonstrated. Further, motivated by Amatucci’s pioneering work on high power LTO/Activated Carbon (AC) asymmetric lithium-ion capacitors (LIC) showing electrochemical performance between high-energy battery and high-power capacitors, we employed MLTO electrodes in LICs for the first time. MLTOs were first loaded with lithium (pre-discharged) before assembling them in MLTOs/AC LIC hybrids. AC cathode adsorbs PF6 - ions rapidly in a capacitor-like sloped profile (40 mAh/g) at a higher voltage, while MLTOs (de)intercalate Li (100 mAh/g, 1-2 V) at Ti-redox potential. References: [1] L. Pauling, J. Am. Chem. Soc., 1929, 51, 1010-1026 [2] D.W. Murphy et. al., Solid State Ionics, 1983, 9, 413-417 [3] A. Chaupatnaik, P. Barpanda, J. Mater. Res., 2018, 34, 158-168 [4] A. Dayamani, G. Shinde, A. Chaupatnaik, et.al., J. Power Sources, 2018, 385, 122-129 [5] A. Chaupatnaik, P. Barpanda, J. Electrochem. Soc., 2019, 166, A5122-A5130 [6] W.J. Zheng et. al., Solid State Ionics, 1989, 35, 235-239 [7] M.E. Arroyo y de Dompablo et. al., Mater. Res. Bull., 1997, 32, 993-1001
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».