elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Impressum | Datenschutz | Kontakt | English
Schriftgröße: [-] Text [+]

The Cycling Mechanism of Manganese-Oxide Cathodes in Zinc Batteries: A Theory-Based Approach

Herrmann, Niklas und Euchner, Holger und Groß, Axel und Horstmann, Birger (2023) The Cycling Mechanism of Manganese-Oxide Cathodes in Zinc Batteries: A Theory-Based Approach. Advanced Energy Materials, Seite 2302553. Wiley. doi: 10.1002/aenm.202302553. ISSN 1614-6832.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202302553

Kurzfassung

Zinc-based batteries offer good volumetric energy densities and are compatible with environmentally friendly aqueous electrolytes. Zinc-ion batteries (ZIBs) rely on a lithium-ion-like Zn2+-shuttle, which enables higher roundtrip efficiencies and better cycle life than zinc-air batteries. Manganese-oxide cathodes in near-neutral zinc sulfate electrolytes are the most prominent candidates for ZIBs. Zn2+-insertion, H+-insertion, and Mn2+-dissolution are proposed to contribute to the charge-storage mechanism. During discharge and charge, two distinct phases are observed. Notably, the pH-driven precipitation of zinc-sulfate-hydroxide is detected during the second discharge phase. However, a complete and consistent understanding of the two-phase mechanism of these ZIBs is still missing. This paper presents a continuum full cell model supported by density functional theory (DFT) calculations to investigate the implications of these observations. The complex-formation reactions of near-neutral aqueous electrolytes are integrated into the battery model and, in combination with the DFT calculations, draw a consistent picture of the cycling mechanism. The interplay between electrolyte pH and reaction mechanisms is investigated at the manganese-oxide cathodes and the dominant charge-storage mechanism is identified. The model is validated with electrochemical cycling data, cyclic voltammograms, and in situ pH measurements. This allows to analyze the influence of cell design and electrolyte composition on cycling and optimize the battery performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200825/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The Cycling Mechanism of Manganese-Oxide Cathodes in Zinc Batteries: A Theory-Based Approach
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Herrmann, NiklasNiklas.Borchers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9618-3723149041259
Euchner, HolgerInstitute of Electrochemistry, Ulm University (UUlm)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Groß, AxelHelmholtz Institute Ulm (HIU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578149041261
Datum:22 November 2023
Erschienen in:Advanced Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/aenm.202302553
Seitenbereich:Seite 2302553
Verlag:Wiley
ISSN:1614-6832
Status:veröffentlicht
Stichwörter:aqueous zinc-ion batteries cathode dissolution continuum modeling electrolyte speciation MnO2
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Herrmann, Niklas
Hinterlegt am:19 Dez 2023 17:35
Letzte Änderung:21 Dez 2023 10:13

Nur für Mitarbeiter des Archivs: Kontrollseite des Eintrags

Blättern
Suchen
Hilfe & Kontakt
Informationen
electronic library verwendet EPrints 3.3.12
Gestaltung Webseite und Datenbank: Copyright © Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Alle Rechte vorbehalten.