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Electrolyte Regulation of Bismuth Ions toward High-Performance Aqueous Manganese-based Batteries
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2021-10-07 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.1c00480 Mingming Wang 1 , Yahan Meng 1 , Na Chen 1 , Mingyan Chuai 1 , Chunyue Shen 1 , Xinhua Zheng 1 , Yuan Yuan 1 , Jifei Sun 1 , Yan Xu 1 , Wei Chen 1
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2021-10-07 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.1c00480 Mingming Wang 1 , Yahan Meng 1 , Na Chen 1 , Mingyan Chuai 1 , Chunyue Shen 1 , Xinhua Zheng 1 , Yuan Yuan 1 , Jifei Sun 1 , Yan Xu 1 , Wei Chen 1
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Aqueous manganese (Mn)-based batteries in cathode solid/liquid MnO2/Mn2+ chemistry have attracted widespread attention thanks to their high theoretical capacity and long cycle stability. However, the sluggish kinetics of solid-state anode reactions is accountable for the limited Mn-based battery performance at high rates. In this study, we report aqueous MnO2–Cr (Bi) batteries with excellent electrochemical performance that are achieved via the electrolyte regulation of Bi3+ for both the MnO2 cathode and liquid-state Cr anode reactions. Compared with the pristine MnO2–Cr cell, the electrochemical performance of the MnO2–Cr (Bi) cell regulated by the Bi3+ in the electrolyte is significantly improved. Specifically, our MnO2–Cr (Bi) full cell exhibits a low overpotential of 89 mV, a discharge voltage of 1.55 V, and high energy efficiency of 91.4% at relatively low rates. Moreover, a stable lifetime of 12 000 cycles at a rate of 200 C and an ultrahigh rate of 400 C with a discharge plateau above 1 V is achieved. The exciting results demonstrate that the aqueous MnO2–Cr (Bi) cells are of great interest for the deployment of economical and practical batteries for large-scale energy storage applications.
中文翻译：
铋离子对高性能水锰基电池的电解质调节
正极固体/液体MnO 2 /Mn 2+化学中的水锰（Mn）基电池由于其高理论容量和长循环稳定性而引起了广泛关注。然而，固态阳极反应的缓慢动力学是造成高倍率下锰基电池性能有限的原因。在这项研究中，我们报告了具有优异电化学性能的水性 MnO 2 -Cr (Bi) 电池，该电池通过对 MnO 2阴极和液态 Cr 阳极反应的 Bi 3+电解质调节实现。与原始 MnO 2 -Cr 电池相比，受Bi 调节的 MnO 2 -Cr (Bi) 电池的电化学性能电解液中的3+显着改善。具体而言，我们的 MnO 2 -Cr (Bi) 全电池在相对较低的倍率下表现出 89 mV 的低过电位、1.55 V 的放电电压和 91.4% 的高能效。此外，在 200 C 的速率和 400 C 的超高速率下实现了 12 000 次循环的稳定寿命，放电平台高于 1 V。令人兴奋的结果表明，水性 MnO 2 -Cr (Bi) 电池对于为大规模储能应用部署经济实用的电池具有重要意义。
更新日期：2021-11-01
中文翻译：
铋离子对高性能水锰基电池的电解质调节
正极固体/液体MnO 2 /Mn 2+化学中的水锰（Mn）基电池由于其高理论容量和长循环稳定性而引起了广泛关注。然而，固态阳极反应的缓慢动力学是造成高倍率下锰基电池性能有限的原因。在这项研究中，我们报告了具有优异电化学性能的水性 MnO 2 -Cr (Bi) 电池，该电池通过对 MnO 2阴极和液态 Cr 阳极反应的 Bi 3+电解质调节实现。与原始 MnO 2 -Cr 电池相比，受Bi 调节的 MnO 2 -Cr (Bi) 电池的电化学性能电解液中的3+显着改善。具体而言，我们的 MnO 2 -Cr (Bi) 全电池在相对较低的倍率下表现出 89 mV 的低过电位、1.55 V 的放电电压和 91.4% 的高能效。此外，在 200 C 的速率和 400 C 的超高速率下实现了 12 000 次循环的稳定寿命，放电平台高于 1 V。令人兴奋的结果表明，水性 MnO 2 -Cr (Bi) 电池对于为大规模储能应用部署经济实用的电池具有重要意义。
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