用于诊断储能材料的离子耦合电子转移反应循环伏安法

Nicholson 和 Shain 方法以及 Randles-Sevcik 方法是氧化还原物种伏安法的范式。然而，由于它们最初是为水系氧化还原对开发的，因此不能直接应用于电池材料等固体氧化还原膜。在此，我们首次提出了一种基于半无限线性扩散的离子耦合电子转移反应循环伏安模型。模拟得到的循环伏安图包含容量、离子活性、质子耦合电子转移的形式电位和扫描速率等参数，这些参数在表征储能材料时比现有模型的参数更具物理意义。我们将该模型应用于 MnO₂ 阴极材料作为概念验证，并讨论了模拟参数在确定底层相变能量学和电荷存储机制方面的意义。根据本模型，可以从相对简单的伏安实验中建立两条线性回归线来表征储能材料：1）CV 中峰电位与离子活性（或 pH） 对数之间的回归线，其中斜率和截距分别提供电荷载体离子类型及其溶剂化状态的信息。2）容量与扫描速率平方根倒数之间的回归线，其中斜率和截距分别表示薄氧化还原膜中体相电荷和表面电荷的贡献。