लिथियम आयन मैंगनीज ऑक्साइड बैटरी

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लिथियम आयन मैंगनीज ऑक्साइड संग्रह (एलएमओ) एक लिथियम आयन संग्रह है जो मैंगनीज डाइऑक्साइड MnO
2 का ऋणाग्र सामग्री के रूप में उपयोग करती है। वे उसी अंतर्वेशन (रसायन विज्ञान) / डी-अंतर्वेशन तंत्र के माध्यम से कार्य करते हैं जैसे कि अन्य वाणिज्यिक संचायक बैटरी प्रौद्योगिकियां LiCoO
2 है। मैंगनीज-ऑक्साइड घटकों पर आधारित ऋणाग्र पृथ्वी-प्रचुर मात्रा में, मितव्ययी, गैर-विषैले हैं, और बेहतर तापीय स्थिरता प्रदान करते हैं। [1]


यौगिक

स्पिनल LiMn
2O
4

अधिक अध्ययन किए गए मैंगनीज ऑक्साइड-आधारित ऋणाग्र LiMn
2O
4 में से एक है, स्पिनल समूह संरचनात्मक वर्ग (अंतरिक्ष समूह Fd3m) के सदस्य का आदेश दिया गया है। मितव्ययी सामग्री रखने के अतिरिक्त, की त्रि-आयामी संरचना LiMn
2O
4 सम्मिलन और डी-सम्मिलन Li+
संग्रह के निर्वहन और प्रभार के उपरान्त आयन के लिए एक अच्छी तरह से जुड़ा ढांचा प्रदान करके उच्च दर क्षमता के लिए प्रदान करता है। विशेष रूप से, Li+
 आयन खाली अष्टभुजाकार साइट से सटे Mn
2O
4 चतुष्फलकीय बहुतलीय ढांचे के भीतर चतुष्फलकीय साइटों पर अधिकार कर लेते हैं। [2][3] इस संरचनात्मक व्यवस्था के परिणामस्वरूप, संग्रह पर आधारित LiMn
2O
4 ऋणाग्र ने द्वि-आयामी ढांचे वाली सामग्रियों की तुलना में उच्च दर-क्षमता का प्रदर्शन किया है। [4] LiMn
2O
4 पर आधारित ऋणाग्र की एक महत्वपूर्ण हानि सतह का क्षरण है जो तब देखा जाता है जब मैंगनीज की औसत ऑक्सीकरण अवस्था Mn+3.5 से नीचे चली जाती है। इस एकाग्रता पर, सतह पर औपचारिक रूप से Mn (III) हंटर तंत्र द्वारा Mn (IV) और Mn (II) बनाने के लिए अनुपातहीन हो सकता है। [5] Mn(II) का गठन अधिकांश विद्युत् अपघट्य में घुलनशील होता है और इसका विघटन ऋणाग्र को नीचा दिखाता है। इसे ध्यान में रखते हुए संग्रह उपयोग के उपरान्त औसत मैंगनीज ऑक्सीकरण स्थिति को +3.5 से ऊपर रखने के लिए कई मैंगनीज ऋणाग्र को प्रतिस्थापित या वार्निश किया जाता है या वे चक्र जीवन और तापमान के कार्य के रूप में कम समग्र क्षमता से पीड़ित होंगे। [6]


स्तरित Li
2MnO
3

Li
2MnO
3 एक लिथियम समृद्ध स्तरित रॉकसाल्ट संरचना है जो लिथियम आयनों और लिथियम और मैंगनीज आयनों की वैकल्पिक परतों से 1:2 अनुपात में बनी है, जो परतदार संरचना LiCoO
2 के समान है। स्तरित यौगिकों के अभिधान में इसे Li(Li0.33Mn0.67)O2 लिखा जा सकता है। [7] यद्यपि Li
2MnO
3 इलेक्ट्रोकेमिकली निष्क्रिय है, इसे उच्च क्षमता (4.5 V बनाम Li0) हल्के गर्मी उपचार के बाद अम्ल निक्षालन प्रक्रिया का उपयोग करके लिथियमन/डी-लिथियमन या डेलिथियेटेड से पारित होने के लिए है। [8][9] हालाँकि, लिथियम को Li
2MnO
3 इतनी उच्च क्षमता पर भी आवेशित किया जा सकता है कि विद्युतद्वार सतह से ऑक्सीजन की हानि की भरपाई की जा सकती है जिससे चक्र चलाने की स्थिरता खराब हो जाती है। [10] Li
2MnO
3 के नए अपरूपों की खोज की गई है जिनमें ऑक्सीजन रिलीज (लंबा चक्र-जीवन) के खिलाफ बेहतर संरचनात्मक स्थिरता है। [11]


स्तरित LiMnO
2

स्तरित मैंगनीज ऑक्साइड LiMnO
2 मैंगनीज/ऑक्साइड अष्टभुजाकार की वलिमय परतों से निर्मित है और विद्युत रासायनिक रूप से अस्थिर है। वास्तव में तलीय धातु ऑक्साइड परतों से विकृतियाँ और विचलन Mn (III) जाह्न थाली आयन के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास की अभिव्यक्ति हैं। [12] LiCoO2 के साथ एक स्तरित संस्करण, समसंरचनात्मक, 1996 में स्तरित यौगिक NaMnO2 से आयन विनिमय द्वारा तैयार किया गया था, [13] हालाँकि, लंबे समय तक चक्र चलाना और आवेशित यौगिक की दोष प्रकृति ने अन्य चरणों में संरचनात्मक गिरावट और कटियन संतुलन को उत्पन्न किया।

स्तरित Li
2MnO
2

स्तरित मैंगनीज ऑक्साइड Li
2MnO
2 संरचनात्मक रूप से Li
2MnO
3 और LiCoO2 से संबंधित है, जिसमें समान संक्रमण धातु ऑक्साइड परतें होती हैं, जो दो लिथियम धनायनों वाली एक परत से अलग होती हैं, जो जाली में उपलब्ध दो चतुष्फलकीय स्थल के स्थान पर एक अष्टभुजाकार स्थल पर अधिकार कर लेती हैं। सामग्री सामान्यतः मूल यौगिक के कम वोल्टेज लिथियमन, तरल अमोनिया का उपयोग करके प्रत्यक्ष लिथियमन या कार्बनिक लिथिटिंग अभिकर्मक के उपयोग के माध्यम से बनाई जाती है।[14] चक्र पर स्थिरता को सममित कोशिकाओं में प्रदर्शित किया गया है, हालांकि Mn (II) के गठन और विघटन के कारण चक्र गिरावट अपेक्षित है। कम मैंगनीज धनायन की मात्रा को कम करने के लिए अपमिश्रक और प्रतिस्थापन का उपयोग करके संरचना का स्थिरीकरण इन लिथियम समृद्ध कम चरणों के चक्र जीवन को बढ़ाने का एक सफल मार्ग रहा है। ये स्तरित मैंगनीज ऑक्साइड परतें लिथियम से भरपूर हैं।

x Li
2MnO
3 • और Li
1+aMn
2-aO
4 • LiMnO2 संयोजन

लिथियम-आयन संग्रह के लिए लिथियम-मैंगनीज ऑक्साइड विद्युतद्वार के क्षेत्र में मुख्य शोध प्रयासों में संरचनात्मक रूप से एकीकृत स्तरित का उपयोग करके समग्र विद्युतद्वार विकसित करना सम्मिलित है। Li
2MnO
3, स्तरित LiMnO2, और स्पिनल LiMn
2O
4, x के रासायनिक सूत्र के साथ Li
2MnO
3 • और Li
1+aMn
2-aO
4 • LiMnO2, जहाँ x+y+z=1 है। इन संरचनाओं का संयोजन उच्च क्षमता और दर-क्षमता प्राप्त करते हुए विद्युत रासायनिक चक्र के उपरान्त संरचनात्मक स्थिरता प्रदान करता है। 2005 में इस सामग्री का उपयोग करके 250 mAh/g से अधिक की पुनःआवेशनीय क्षमता की सूचना दी गई थी, जिसमें समान आयामों की वर्तमान वाणिज्यिक पुनःआवेशनीय संग्रह की क्षमता लगभग दोगुनी है। [15][16]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Thackeray, Michael M. (1997-01-01). "लिथियम बैटरी के लिए मैंगनीज ऑक्साइड". Progress in Solid State Chemistry (in English). 25 (1): 1–71. doi:10.1016/S0079-6786(97)81003-5. ISSN 0079-6786.
  2. ↑ Thackeray, M. M.; Johnson, P. J.; de Picciotto, L. A.; Bruce, P. G.; Goodenough, J. B. (1984-02-01). "Electrochemical extraction of lithium from LiMn2O4". Materials Research Bulletin (in English). 19 (2): 179–187. doi:10.1016/0025-5408(84)90088-6. ISSN 0025-5408.
  3. ↑ Thackeray, Michael M.; Shao‐Horn, Yang; Kahaian, Arthur J.; Kepler, Keith D.; Skinner, Eric; Vaughey, John T.; Hackney, Stephen A. (1998-07-01). "Structural Fatigue in Spinel Electrodes in High Voltage ( 4 V ) Li / Li x Mn2 O 4 Cells". Electrochemical and Solid-State Letters (in English). 1 (1): 7. doi:10.1149/1.1390617. ISSN 1944-8775. S2CID 97239759.
  4. ↑ Lanz, Martin; Kormann, Claudius; Steininger, Helmut; Heil, Günter; Haas, Otto; Novák, Petr (2000). "लिथियम-आयन बैटरियों के लिए उच्च दर क्षमता के साथ बड़े समूह-आकार के लिथियम मैंगनीज ऑक्साइड स्पिनेल". Journal of the Electrochemical Society (in English). 147 (11): 3997. Bibcode:2000JElS..147.3997L. doi:10.1149/1.1394009. ISSN 0013-4651.
  5. ↑ Hunter, James C. (1981-09-01). "Preparation of a new crystal form of manganese dioxide: λ-MnO2". Journal of Solid State Chemistry (in English). 39 (2): 142–147. Bibcode:1981JSSCh..39..142H. doi:10.1016/0022-4596(81)90323-6. ISSN 0022-4596.
  6. ↑ Du Pasquier, A.; Blyr, A.; Courjal, P.; Larcher, D.; Amatucci, G.; Gérand, B.; Tarascon, J‐M. (1999-02-01). "Mechanism for Limited 55°C Storage Performance of Li1.05Mn1.95 O 4 Electrodes". Journal of the Electrochemical Society (in English). 146 (2): 428–436. Bibcode:1999JElS..146..428D. doi:10.1149/1.1391625. ISSN 0013-4651.
  7. ↑ Thackeray, Michael M.; Johnson, Christopher S.; Vaughey, John T.; Li, N.; Hackney, Stephen A. (2005-06-07). "लिथियम-आयन बैटरी के लिए मैंगनीज-ऑक्साइड 'समग्र' इलेक्ट्रोड में प्रगति". Journal of Materials Chemistry (in English). 15 (23): 2257–2267. doi:10.1039/B417616M. ISSN 1364-5501.
  8. ↑ Kalyani, P.; Chitra, S.; Mohan, T.; Gopukumar, S. (1999-07-01). "Lithium metal rechargeable cells using Li2MnO3 as the positive electrode". Journal of Power Sources (in English). 80 (1): 103–106. Bibcode:1999JPS....80..103K. doi:10.1016/S0378-7753(99)00066-X. ISSN 0378-7753.
  9. ↑ Lim, Jinsub; Moon, Jieh; Gim, Jihyeon; Kim, Sungjin; Kim, Kangkun; Song, Jinju; Kang, Jungwon; Im, Won Bin; Kim, Jaekook (2012-05-22). "Fully activated Li2MnO3 nanoparticles by oxidation reaction". Journal of Materials Chemistry (in English). 22 (23): 11772–11777. doi:10.1039/C2JM30962A. ISSN 1364-5501.
  10. ↑ Robertson, Alastair D.; Bruce, Peter G. (2003-05-01). "Mechanism of Electrochemical Activity in Li 2 MnO 3". Chemistry of Materials (in English). 15 (10): 1984–1992. doi:10.1021/cm030047u. ISSN 0897-4756.
  11. ↑ Wang, Shuo; Liu, Junyi; Sun, Qiang (2017-08-15). "New allotropes of Li2MnO3 as cathode materials with better cycling performance predicted in high pressure synthesis". Journal of Materials Chemistry A (in English). 5 (32): 16936–16943. doi:10.1039/C7TA04941B. ISSN 2050-7496.
  12. ↑ Koetschau, I.; Richard, M. N.; Dahn, J. R.; Soupart, J. B.; Rousche, J. C. (1995-09-01). "Orthorhombic LiMnO2 as a High Capacity Cathode for Li‐Ion Cells". Journal of the Electrochemical Society (in English). 142 (9): 2906–2910. Bibcode:1995JElS..142.2906K. doi:10.1149/1.2048663. ISSN 0013-4651.
  13. ↑ Armstrong, A. Robert; Bruce, Peter G. (1996). "Synthesis of layered LiMnO2 as an electrode for rechargeable lithium batteries". Nature (in English). 381 (6582): 499–500. Bibcode:1996Natur.381..499A. doi:10.1038/381499a0. ISSN 0028-0836. S2CID 4330960.
  14. ↑ Johnson, Christopher S.; Kim, Jeom-Soo; Jeremy Kropf, A.; Kahaian, Arthur J.; Vaughey, John T.; Thackeray, Michael M. (2002-06-01). "The role of Li2MO2 structures (M=metal ion) in the electrochemistry of (x)LiMn0.5Ni0.5O2·(1−x)Li2TiO3 electrodes for lithium-ion batteries". Electrochemistry Communications (in English). 4 (6): 492–498. doi:10.1016/S1388-2481(02)00346-6. ISSN 1388-2481.
  15. ↑ Johnson, C. S.; Li, N.; Vaughey, J. T.; Hackney, S. A.; Thackeray, M. M. (2005-05-01). "Lithium–manganese oxide electrodes with layered–spinel composite structures xLi2MnO3·(1−x)Li1+yMn2−yO4 (0". Electrochemistry Communications (in English). 7 (5): 528–536. doi:10.1016/j.elecom.2005.02.027. ISSN 1388-2481.
  16. ↑ C. S. Johnson, J. T. Vaughey, M. M. Thackeray, T. E. Bofinger, and S. A. Hackney "Layered Lithium-Manganese Oxide Electrodes Derived from Rock-Salt LixMnyOz (x+y=z) Precursors" 194th Meeting of the Electrochemical Society, Boston, MA, Nov. 1–6, (1998)
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