BIRNInyite Schoare为电化学，储能提供了见解
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从电极表面的电解质中离子的吸附是普遍存在的方法，用于现有和新兴电化学能量技术。但是当这些离子穿透很小的空间时会发生什么？为了解决这个问题，NC州的研究人员重新审查了“经典”材料，Birnernyite的行为。
BiRnerneryite是一种水合分层形式的锰氧化物，可以快速储存和释放来自电解质的各种正离子进行许多循环。这使得它充满希望用于高功率电化学能量存储，或者在新出现的电化学技术中，例如海水化和稀有元素从水中恢复。更重要的是，它是一种丰富的材料，易于制造，无毒。
水镁石吸收和释放阳离子的机理被描述为法拉第(涉及电荷转移)和非法拉第(只涉及静电离子吸附)。
为了解决这一辩论，研究人员使用了实验和计算方法。
“在能量存储社区中，我们通常将收费存储作为比法或非法拉迪亚，”北卡罗来纳州立大学的工作和博士后研究员的第一作者，谢尔比·博伊德说。“在平面界面处，法拉第指的是，如在氧化还原反应中，相应的电荷转移，离子对电极的比吸附。非法拉迪人是指无电荷转移的纯静电吸附。人们在很大程度上介绍了这些充电存储机制，作为互斥互斥。但是我们发现的Birnerityite是纳米醌层间结构水缓解了插入阳离子和生物酸盐之间的相互作用。这导致来自平面界面的两种类型的吸附极端的中间行为。“
研究人员还能够在实验和理论上证明，在体育杆菌层层之间的水有效用作使电容性能可能的缓冲液，而不会导致Birnierite中的显着结构变化。
最终，研究人员表示，调查结果突出了两个未来的工作方向，这两者都是对更广泛的电化学领域有望的。
“电化学领域正在进行一个文艺复兴时期，”纸张的通讯作者和NC州材料科学与工程助理教授的veronica augustyn说。“通过电化学界面的原子级建模连接实验结果的能力使我们能够比以往更深入地探测并提出问题：溶剂扮演的角色是什么？在限制下发生反应时可能发生什么？通过了解像BiRnerneyite这样的材料的电容机制，我们设定了理解更复杂的电化学反应的阶段。“
纸”,层间监禁和水化对Birnernityite电容电荷储存的影响，“即将到来自然材料．该论文由北卡罗来纳州立大学的博士生赛义德·赛义德(Saeed Saeed)共同撰写;宾夕法尼亚州立大学的Karthik Ganeshan和Adri C.T. van Duin;橡树岭国家实验室的wanyu Tsai和Nina Balke;还有加州大学河滨分校的吴涛和江德恩。Balke将于2021年8月加入北卡罗莱纳州立大学，担任材料科学与工程副教授。
这项工作作为流体界面反应、结构和运输的一部分得到支持，这是一个由美国能源部、橡树岭国家实验室的基础能源科学办公室、科学办公室资助的能源前沿研究中心;和国家科学基金会，资助571800。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“层间限制和水化对水镁石电容电荷存储的影响”
作者:谢尔比·博伊德、赛义德·赛义德和维罗妮卡·奥古斯汀，北卡罗莱纳州立大学;宾夕法尼亚州立大学的Karthik Ganeshan和Adri C.T. van Duin;橡树岭国家实验室的wanyu Tsai和Nina Balke;吴涛和江德恩，加州大学河滨分校
发表：8月2日，自然材料
DOI: 10.1038 / s41563 - 021 - 01066 - 4
文摘:纳米水钠石在水溶液中表现出高的比电容和近乎理想的电容行为，使其成为低成本、高功率储能器件的重要电极材料。水钠石中的电化学电容机理已被描述为法拉第(涉及氧化还原)和非法拉第(只涉及静电相互作用)。为了阐明容性机理，我们利用非原位x射线衍射、电化学石英晶体微天平、原位拉曼光谱和operando原子力显微镜膨胀仪表征了水钠石对应用电位的响应，从而全面了解水钠石的结构、重量和力学响应。这些观测结果得到了原子尺度模拟的支持，这些模拟使用密度泛函理论对水镁石的阳离子插层结构进行了模拟，基于ReaxFF反作用力场的分子动力学和基于ReaxFF的大正则蒙特卡罗模拟对水镁石-水电解质界面动力学进行了模拟。我们发现水镁石中的电容性电荷存储是由层间阳离子插层控制的。我们的结论是，由于纳米限制层间结构水的存在，夹层呈现电容性，它调节了夹层阳离子和水钠石主体之间的相互作用，导致最小的结构变化。
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