Nonpolarizing oxygen-redox capacity without O-O dimerization in Na2Mn3O7

氧化还原 氧气 二聚体 过氧化物 电极 化学 析氧 材料科学 无机化学 电化学 物理化学 有机化学
作者
Akihisa Tsuchimoto,Xiang‐Mei Shi,Kosuke Kawai,Benoît Mortemard de Boisse,Jun Kikkawa,Daisuke Asakura,Masashi Okubo,Atsuo Yamada
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 631-631 被引量:106
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20643-w
摘要

Abstract Reversibility of an electrode reaction is important for energy-efficient rechargeable batteries with a long battery life. Additional oxygen-redox reactions have become an intensive area of research to achieve a larger specific capacity of the positive electrode materials. However, most oxygen-redox electrodes exhibit a large voltage hysteresis >0.5 V upon charge/discharge, and hence possess unacceptably poor energy efficiency. The hysteresis is thought to originate from the formation of peroxide-like O 2 2− dimers during the oxygen-redox reaction. Therefore, avoiding O-O dimer formation is an essential challenge to overcome. Here, we focus on Na 2- x Mn 3 O 7 , which we recently identified to exhibit a large reversible oxygen-redox capacity with an extremely small polarization of 0.04 V. Using spectroscopic and magnetic measurements, the existence of stable O −• was identified in Na 2- x Mn 3 O 7 . Computations reveal that O −• is thermodynamically favorable over the peroxide-like O 2 2− dimer as a result of hole stabilization through a (σ + π) multiorbital Mn-O bond.
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