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Enregistrement W4403001928 · doi:10.26434/chemrxiv-2024-n1qmz-v3

Roadmap for the development of transition metal oxide cathodes for rechargeable zinc-ion batteries

2024· preprint· en· W4403001928 sur OpenAlexaff
Caio M. Miliante, Storm Gourley, Brian D. Adams, Drew Higgins, Oleg Rubel

Notice bibliographique

RevueChemRxiv · 2024
Typepreprint
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced battery technologies research
Établissements canadiensMcMaster University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésCathodeZincTransition metalMaterials scienceOxideIonNanotechnologyInorganic chemistryMetallurgyEngineering physicsChemistryEngineeringElectrical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Rechargeable zinc-ion batteries (RZIBs) are a promising multivalent battery technology for grid-scale energy storage applications, thanks to their abundant materials, lower environmental impact, and higher safety due to the use of aqueous electrolytes as compared to lithium-based batteries. However, there is still a lack of cathode materials with suitable stability and performance for reliable implementation in these energy storage applications. In this study, we have utilized readily available thermodynamic properties obtained from first-principle atomistic simulations to calculate the intercalation potential of zinc in numerous potential candidate cathode materials. We confined our chemical space to simple transition metal oxides (MxOy, where M is a transition metal). While some materials in this class were previously experimentally studied (e.g., MnO2, V2O5, MoO3), a literature survey revealed multiple oxides for which no prior investigation on their use as cathodes for RZIBs had been performed. We considered previously reported structures with similar atomic arrangements for the charged and discharged phases, the feasibility of experimental realization of the materials, the electrochemical stability of the charged cathode in an aqueous environment, and the potential degradation of aqueous electrolytes in our analysis. We mapped the zinc intercalation potential for over 50 redox pairs involving oxides of 12 different elements. These calculated theoretical potentials were then compared to previously obtained experimental results, with the relatively small difference between them (mean absolute error of 0.11 V) demonstrating the predictive capabilities of the utilized methodology. The failure mechanism for the experimentally observed capacity fade was determined from the electrochemical stability analysis to be related to the dissolution of the transition metal during battery cycling. Fully stable transition metals in the RZIBs potential and pH operating conditions were discovered and proposed for use as alloying elements in RZIBs cathodes to improve the capacity retention. Previously overlooked materials with high intercalation potential (above 1.6 V vs Zn/Zn2+) were then proposed as cathode materials for RZIBs. The Zn2+ intercalation potential mapping and electrochemical stability analysis for the oxide redox pairs achieved in this study provides a roadmap for future experimental investigations of novel cathode materials for RZIBs.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,572
Score d'incertitude au seuil0,891

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,054
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,251 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2024
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