X-ray Absorption Spectroscopy Illustrates the Participation of Oxygen in the Electrochemical Cycling of Li4Mn2O5

X射线吸收光谱法 氧化还原 电化学 氧气 吸收光谱法 化学 析氧 阴极 光谱学 化学物理 无机化学 材料科学 电极 物理化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Haifeng Li,Indrani Roy,Mateusz Starczewski,J. W. Freeland,Jordi Cabana
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:127 (17): 7913-7920 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.2c08733
摘要

A combination of oxygen redox and Mn-based oxides would be the best option for high-energy-density Li-ion batteries crucial for a sustainable society. The disordered rock-salt Li4Mn2O5 was recently reported to display a very large capacity of 460 mAh/g with moderate reversibility. Previous studies proposed the involvement of lattice oxygen redox in such intriguing electrochemical performance, whereas no direct evidence was presented. To clarify the charge compensation mechanism, we systematically investigated the evolution of the electronic structure of both Mn and O upon cycling via Mn/O K-edge X-ray absorption spectroscopy (XAS). Mn K-edge XAS unequivocally demonstrates the participation of Mn redox upon the initial stages of charging, yet changes are arrested at the high potentials, while O continues to evolve according to O K-edge XAS. Upon discharging, both Mn and O are simultaneously reduced, but to states different from pristine. The results highlight the significance of a disordered structure in maintaining the reversible redox chemistry of both transition metals and oxygen to design cathode materials with high energy density.
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