Formation of Mn-Zn Layered Double Hydroxide - New Insights into the Charge Storage Mechanism of Near-Neutral MnO<sub>2</sub>/Zn Batteries
Notice bibliographique
Résumé
A relatively new type of aqueous battery that is based on MnO2/Zn chemistry in near-neutral pH electrolytes is receiving significant attention in the research community for its potential commercial applications. This chemistry offers many advantages such as relatively high cycle life [1], low cost, high natural abundance and availability of the active materials, and environmental friendliness. On the other hand, issues with the formation of parasitic Zn-layered double hydroxide (ZnLDH) creates challenges for the capacity utilization in high mass loading electrodes. Revealing the charge storage mechanism and the products of the discharge reaction would significantly help with the scaling up of this technology. At present, there is a debate on the nature of the reaction mechanism considering proton or zinc intercalation (or co-insertion of both) into the MnO2 structure, and what structural transformations occur during charge/discharge. We present new insights on the reaction mechanism and show that novel, not reported yet, Mn-Zn based layered double hydroxide (MnZnLDH, MnxZny(OH)zSO4 · 5H2O) forms during the first discharge reaction (Figure 1) [2]. MnZnLDH forms through a conversion reaction that occurs between MnO2 and Zn2+ during the first discharge plateau and it is a structural analogue of ZnLDH. Electrochemical experiments in different aqueous/organic electrolytes with and without the presence of Zn ions have shown that protons and water play significant roles in the charge-storage mechanism, while Zn ions form species at the surface rather than intercalating in the bulk of MnO2 structure. Excellent rechargeability was achieved for the ramsdellite (MnO2) and hausmannite (Mn3O4) phases, i.e., over 1000 [1] and 800 [3] cycles, respectively, without considering the formation of MnZnLDH. However, improving the reversibility of MnZnLDH transformation during the cycling will enhance the battery cycle life even further. References [1] I. Stoševski, A. Bonakdarpour, F. Cuadra, & D. P. Wilkinson, Chem. Comm., 2019, 55, 2082-2085. [2] I. Stoševski, A. Bonakdarpour, B. Fang, P. Lo, & D. P. Wilkinson, Electrochim. Acta, 2021, 390, 138852. [3] I. Stoševski, A. Bonakdarpour, B. Fang, S. T. Voon, & D. P. Wilkinson, Int. J. Energy Res., 2021, 45, 220-230. Figure 1. Mechanism of the first discharge reaction Figure 1
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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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 ».