view in publisher's site

Structural Insight into Layer Gliding and Lattice Distortion in Layered Manganese Oxide Electrodes for Potassium-Ion Batteries

Abstract Potassium‐ion batteries (PIBs) are an emerging, affordable, and environmentally friendly alternative to lithium‐ion batteries, with their further development driven by the need for suitably performing electrode materials capable of reversibly accommodating the relatively large K+. Layer‐structured manganese oxides are attractive as electrodes for PIBs, but suffer from structural instability and sluggish kinetics of K+ insertion/extraction, leading to poor rate capability. Herein, cobalt is successfully introduced at the manganese site in the KxMnO2 layered oxide electrode material and it is shown that with only 5% Co, the reversible capacity increases by 30% at 22 mA g‐1 and by 92% at 440 mA g‐1. In operando synchrotron X‐ray diffraction reveals that Co suppresses Jahn–Teller distortion, leading to more isotropic migration pathways for K+ in the interlayer, thus enhancing the ionic diffusion and consequently, rate capability. The detailed analysis reveals that additional phase transitions and larger volume change occur in the Co‐doped material as a result of layer gliding, with these associated with faster capacity decay, despite the overall capacity remaining higher than the pristine material, even after 500 cycles. These results assert the importance of understanding the detailed structural evolution that underpins performance that will inform the strategic design of electrode materials for high‐performance PIBs.

نگاه ساختاری به لایه Gliding و lattice Distortion در Layered منگنز Oxide برای باتری‌های پتاسیم - یونی

چکیده باتری‌های پتاسیم - یون (PIBs)یک جایگزین مناسب، مقرون‌به‌صرفه و سازگار با محیط‌زیست برای باتری‌های لیتیوم یونی هستند و توسعه بیشتر آن‌ها توسط نیاز به اجرای مناسب مواد الکترودی که قادر به تطبیق با مقادیر نسبتا بزرگ K + هستند، هدایت می‌شوند. اکسیده‌ای منگنز ساختار یافته به عنوان الکترودهای for جذب می‌شوند، اما از ناپایداری ساختاری و سینتیک رشد K + استخراج / استخراج رنج می‌برند که منجر به قابلیت ضعیف نرخ می‌شود. Herein، کبالت با موفقیت در محل منگنز در جنس الکترود اکسیدی لایه نشانی معرفی می‌شود و نشان داده می‌شود که فقط ۵ % Co، ظرفیت قابل‌برگشت ۳۰ % در ۲۲ mA - ۱ و ۹۲ % در ۴۴۰ g - ۱ افزایش می‌یابد. در operando، پراش اشعه X نشان می‌دهد که Co distortion Jahn - Teller را سرکوب می‌کند که منجر به مسیرهای مهاجرت isotropic برای K + در فضای میانی می‌شود در نتیجه نفوذ یونی و در نتیجه قابلیت سرعت را افزایش می‌دهد. تحلیل تفصیلی نشان می‌دهد که گذار فاز اضافی و تغییر حجم بیشتر در ماده - به عنوان نتیجه پیشروی لایه‌ای رخ می‌دهد، با وجود ظرفیت کلی بالاتر از مواد اولیه، حتی بعد از ۵۰۰ چرخه. این نتایج اهمیت درک تکامل ساختاری مفصل که پشتیبان عملکرد پشتیبان است را اثبات می‌کند که به طراحی استراتژیک مواد الکترودی برای PIBs عملکرد بالا اطلاع می‌دهد.

ترجمه شده با

Download PDF سفارش ترجمه این مقاله این مقاله را خودتان با کمک ترجمه کنید
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.