Charge Storage Mechanism in Electrospun Spinel‐Structured High‐Entropy (Mn0.2Fe0.2Co0.2Ni0.2Zn0.2)3O4 Oxide Nanofibers as Anode Material for Li‐Ion Batteries

尖晶石 材料科学 阳极 无机化学 化学工程 物理化学 化学 冶金 电极 工程类
作者
Claudia Triolo,Mariam Maisuradze,Min Li,Yanchen Liu,Alessandro Ponti,Gioele Pagot,Vito Di Noto,Giuliana Aquilanti,Nicola Pinna,Marco Giorgetti,S. Santangelo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (46) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/smll.202304585
摘要

High-entropy oxides (HEOs) have emerged as promising anode materials for next-generation lithium-ion batteries (LIBs). Among them, spinel HEOs with vacant lattice sites allowing for lithium insertion and diffusion seem particularly attractive. In this work, electrospun oxygen-deficient (Mn,Fe,Co,Ni,Zn) HEO nanofibers are produced under environmentally friendly calcination conditions and evaluated as anode active material in LIBs. A thorough investigation of the material properties and Li+ storage mechanism is carried out by several analytical techniques, including ex situ synchrotron X-ray absorption spectroscopy. The lithiation process is elucidated in terms of lithium insertion, cation migration, and metal-forming conversion reaction. The process is not fully reversible and the reduction of cations to the metallic form is not complete. In particular, iron, cobalt, and nickel, initially present mainly as Fe3+ , Co3+ /Co2+ , and Ni2+ , undergo reduction to Fe0 , Co0 , and Ni0 to different extent (Fe < Co < Ni). Manganese undergoes partial reduction to Mn3+ /Mn2+ and, upon re-oxidation, does not revert to the pristine oxidation state (+4). Zn2+ cations do not electrochemically participate in the conversion reaction, but migrating from tetrahedral to octahedral positions, they facilitate Li-ion transport within lattice channels opened by their migration. Partially reversible crystal phase transitions are observed.
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