Water–Solid Interface Engineering Stabilizes K‐Birnessite Cathode

材料科学 双锰矿 离子键合 背景(考古学) 化学物理 电化学 扩散 离子 电池(电) 电极 物理化学 热力学 化学 古生物学 功率(物理) 有机化学 冶金 物理 生物 氧化物 氧化锰
作者
Ang Gao,Jiannian Xia,Min Li,Xia Lu,Feng Wang,Ru Yang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (14) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adfm.202108267
摘要

Abstract Crystal water mediated ion hydration and transport is a fundamental physicochemical process in a wide range of applications and natural processes, such as crystal water containing battery materials. In this context, K‐Birnessite with interlaminar H 2 O (K 0.21 MnO 2 ⋅0.31H 2 O) is reported for nonaqueous potassium‐ion storage with enhanced capacity and rate performance. It is clarified that the water–solid interface plays an important role in building and stabilizing the K‐Birnessite layered structure and facilitating the K + diffusion for the K‐ion battery system. In addition to the enlarged ionic channel dimensions and effective shielding of the electrostatic interaction with K + , the concerted diffusion of K + /H 2 O with the rotation of H 2 O molecules is further revealed to account for the quite low activation energies by first‐principles simulations. Moreover, the interlayer H 2 O exerts on the electronic structures, and thus on the electrochemical voltage to result in the competition between the split of crystal field (“∇ JT ”) and the electronic superexchange interaction (“O w ‐K‐O”) in the K‐Birnessite structure. The results provide new insights into hydrated ion kinetics and open an exciting direction for battery material design.
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