高效层状电池材料 Na2Mn3O7 中钠离子传导机制

通过阻抗谱技术，作为技术上重要的二维（2D）层状电池材料 Na2Mn3O7，其在充放电曲线间具有异常小的电压滞回，其离子传导性质已作为温度和频率的函数被研究。以直流电导率、交流电导率、电模量、介电常数和复极化率形式对阻抗数据进行的详细分析揭示了一种长程钠离子传导，其局域偶极弛豫贡献可忽略。发现随着温度从 353 K 升高到 713 K，Na 离子电导率显著增强（约 10^4 倍）。温度依赖的电导率揭示了热激活传导过程，在 383–518 K 和 518–713 K 两个温度区间的激活能分别为 0.161 和 0.377 eV。交流导电率研究揭示了载流子传导的长程跳跃过程，且在 518 K 时跳跃范围急剧增大。交流导电率的标度研究表明，频率激活电导率（在 353 K 时高于 10^4 Hz）主要由随温度升高而增大的临界频率控制。Na2Mn3O7 中的 Na 离子传导主要通过相关势垒跳跃过程进行。此外，通过 X 射线和中子衍射研究建立了离子传导与晶体结构之间的关联。我们进一步表明，Na2Mn3O7 的电导率可通过减少晶体结构中的堆垛层错而提高。我们的研究有助于理解具有高储能容量和高结构稳定性的高效二维电池材料 Na2Mn3O7 的微观离子传导机制，为电池应用材料的发现铺平道路。