宁波大学舒杰教授与哈工大王振波教授Nano-Micro Letters:新型阴离子转化材料Cu₃(PO₄)₂用于水系双离子电池
The following article is from nanomicroletters Author 纳微快报
点击蓝字关注我们
近年来,水系双离子电池作为新型储能器件,其发展受到了广泛的关注。传统的水系双离子电池以Ag或者Bi作为阴离子吸收电极,具有价格过高和使用条件苛刻等特点,不利于其后续发展。因此,本工作着眼于研究新型阴离子转化材料,为水系双离子电池的发展提供一条思路。
Cu₃(PO₄)₂: Novel Anion Convertor for Aqueous Dual‑Ion Battery
Haoxiang Yu, Chenchen Deng, Huihui Yan, Maoting Xia, Xikun Zhang, Zhen-Bo Wang*, Jie Shu*
Nano-Micro Letters (2021)13: 41
本文亮点
内容简介
宁波大学舒杰团队与哈尔滨工业大学王振波团队合作,提出一种水系双离子电池的新型阴离子电极材料——Cu₃(PO₄)₂。这种材料通过普通沉淀法制备,根据物理表征测试,材料由两种物相组成,分别为Cu₃(PO₄)₂和Cu₃(PO₄)₂·3H₂O。此材料可在准中性的环境中运行;同时,其可提供115.6 mAh/g的容量。其充电电压平台为-0.17 V (相对于氯化银电极)。
机理研究显示:Cu₃(PO₄)₂在放电过程中先转化为Cu₂O,继而转化为Cu;而在充电过程中,Cu却只能被氧化成Cu₂O。这表明不可逆容量来自于Cu₃(PO₄)₂转化为Cu₂O;Cu₃(PO₄)₂在首次放电过后,其电位与OH⁻浓度有关。此外,本工作还以预处理的Cu₃(PO₄)₂为负极,Na₀.₄₄MnO₂为正极构建了水系双离子电池,这种电池可提供52.6 mAh/g的放电容量,其工作电压在0.7和0.45 V,展现出一定的应用潜质。
图文导读
I Cu₃(PO₄)₂的物理表征与电化学性能
根据Cu₃(PO₄)₂溶度积较高的特点,对其使用简便的沉淀法进行制备。干燥后的Cu₃(PO₄)₂是天蓝色的粉末(图1a),其X射线粉末衍射图谱(图1b)显示此粉末由两种物相组成,分别是Cu₃(PO₄)₂和Cu₃(PO₄)₂·3H₂O;同时,粉末衍射峰的半峰宽较大,表明粉末物相的晶粒较小。图1c,d显示的是Cu₃(PO₄)₂的恒电流充放电曲线以及相应循环性能。Cu₃(PO₄)₂的首圈放电平台位于−0.14和−0.40 V,然而,其充电平台只有一个,位于−0.17 V,这表明首圈存在中间产物且首圈的不可逆容量也由此造成。在循环至第二圈和第三圈时,不可逆容量消失,可逆容量保持在132.6和129.9 mAh/g。即使在145圈之后,可逆容量也能维持在96 mAh/g。这表明Cu₃(PO₄)₂电极具有良好的循环性能。第二个放电平台:
图2. (a) 充放电过程中的Cu₃(PO₄)₂粉末衍射图谱序列。相应放大的等高线彩图在(b) 5-14°区间以及(c) 35.5-52.5°区间。(d) Cu₃(PO₄)₂在电化学反应过程中的反应机理。III 水系双离子电池的构建根据Cu₃(PO₄)₂的反应机理,Cu₃(PO₄)₂在充放电过程中与H₂O/OH⁻反应,而不是PO₄³⁻。因此,双离子电池的构建将以Na₀.₄₄MnO₂为正极,以Cu₃(PO₄)₂为负极。为了消除Cu₃(PO₄)₂在首圈的不可逆容量,Cu₃(PO₄)₂需要经过预处理,即Cu₃(PO₄)₂预先在电池中循环一周。图3a显示的是双离子电池的示意图。在充电过程中,Na⁺从Na₀.₄₄MnO₂中脱出,H₂O与预处理的Cu₃(PO₄)₂转化为OH⁻;放电过程中,Na⁺嵌入Na₀.₄₄MnO₂,OH⁻转化为H₂O。其反应方程式为:
原文链接
https://doi.org/10.1007/s40820-020-00576-1
相关进展
浙大高超教授、徐志康教授与马里兰大学王春生教授合作Adv.Mater:超浓水系电解质及其在双离子电池中的应用
免责声明:部分资料来源于网络,转载的目的在于传递更多信息及分享,并不意味着赞同其观点或证实其真实性,也不构成其他建议。仅提供交流平台,不为其版权负责。如涉及侵权,请联系我们及时修改或删除。邮箱:chen@chemshow.cn
扫二维码|关注我们
微信号 : Chem-MSE
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至chen@chemshow.cn,并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。