Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах
Modification of the structure and surface of spinel LiMn2O4 with metal ions is an effective way to improve its electrochemical characteristics. The paper examines the effect of doping with cerium ions on the structural and surface characteristics of spinels LiCexMn2-xO4 (х = 0, 0.01, 0.05 and 0.1),...
Gespeichert in:
| Datum: | 2025 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/775 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543968797392896 |
|---|---|
| author | Shmatok, Yu. V. Globa, N. I. Sirosh, V. A. Romanova, I. V. |
| author_facet | Shmatok, Yu. V. Globa, N. I. Sirosh, V. A. Romanova, I. V. |
| author_sort | Shmatok, Yu. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T08:55:42Z |
| description | Modification of the structure and surface of spinel LiMn2O4 with metal ions is an effective way to improve its electrochemical characteristics. The paper examines the effect of doping with cerium ions on the structural and surface characteristics of spinels LiCexMn2-xO4 (х = 0, 0.01, 0.05 and 0.1), as well as their capacitive and cyclic characteristics in systems with aprotic and aqueous electrolytes. Using the X-ray diffraction method, it has been found that only a small part of cerium ions is incorporated into the spinel structure, and the excess cerium crystallizes in the form of a separate CeO2 phase. According to the data of scanning electron microscopy, the CeO2 phase exists in the form of individual non-agglomerated particles with a size of several tens of nanometers, which are in direct contact with spinel particles of 100–300 nm in size. Cyclic voltammetry and galvanostatic cycling methods were used to determine the specific, cyclic and kinetic characteristics of the synthesized materials in aprotic (1M LiPF6 in a mixture of ethylene carbonate:dimethyl carbonate:diethyl carbonate) and aqueous (5M LiNO3 in H2O) electrolytes. It is shown that the specific capacity of spinels depends on both the composition of the spinel itself and the type of electrochemical system. Depending on the spinel composition, the initial specific capacity in the aprotic system is 100–121 mA·h/g and 81–103 mA·h/g in the aqueous system. The obtained results demonstrate the overall positive effect of the structural and surface modification of spinel by cerium ions on its electrochemical behavior. Based on cyclic voltammetry data, a comparison of the kinetic characteristics of the studied spinel samples in aprotic and aqueous electrochemical systems was carried out, for which the lithium diffusion coefficient was calculated and the controlling mechanism of the electrochemical reaction was determined. A possibility of using synthesized spinel samples as materials for the electrochemical extraction of lithium from aqueous solutions is shown. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:40Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-775 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-09-24T17:46:01Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7752025-06-19T08:55:42Z Electrochemistry of lithium manganese spinel modified by cerium in aprotic and aqueous electrolytes Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах Shmatok, Yu. V. Globa, N. I. Sirosh, V. A. Romanova, I. V. lithium-manganese spinel doping surface modification aprotic electrolyte aqueous electrolyte specific capacity kinetics electrochemical extraction of lithium літій-манганова шпінель допування модифікація поверхні апротонний електроліт водний електроліт питома ємність кінетика електрохімічна екстракція літію Modification of the structure and surface of spinel LiMn2O4 with metal ions is an effective way to improve its electrochemical characteristics. The paper examines the effect of doping with cerium ions on the structural and surface characteristics of spinels LiCexMn2-xO4 (х = 0, 0.01, 0.05 and 0.1), as well as their capacitive and cyclic characteristics in systems with aprotic and aqueous electrolytes. Using the X-ray diffraction method, it has been found that only a small part of cerium ions is incorporated into the spinel structure, and the excess cerium crystallizes in the form of a separate CeO2 phase. According to the data of scanning electron microscopy, the CeO2 phase exists in the form of individual non-agglomerated particles with a size of several tens of nanometers, which are in direct contact with spinel particles of 100–300 nm in size. Cyclic voltammetry and galvanostatic cycling methods were used to determine the specific, cyclic and kinetic characteristics of the synthesized materials in aprotic (1M LiPF6 in a mixture of ethylene carbonate:dimethyl carbonate:diethyl carbonate) and aqueous (5M LiNO3 in H2O) electrolytes. It is shown that the specific capacity of spinels depends on both the composition of the spinel itself and the type of electrochemical system. Depending on the spinel composition, the initial specific capacity in the aprotic system is 100–121 mA·h/g and 81–103 mA·h/g in the aqueous system. The obtained results demonstrate the overall positive effect of the structural and surface modification of spinel by cerium ions on its electrochemical behavior. Based on cyclic voltammetry data, a comparison of the kinetic characteristics of the studied spinel samples in aprotic and aqueous electrochemical systems was carried out, for which the lithium diffusion coefficient was calculated and the controlling mechanism of the electrochemical reaction was determined. A possibility of using synthesized spinel samples as materials for the electrochemical extraction of lithium from aqueous solutions is shown. Модифікування структури і поверхні шпінелі LiMn2O4 іонами металів є дієвим способом покращення її електрохімічних характеристик. У роботі розглянуто вплив допування іонами церію на структурні та поверхневі характеристики шпінелей LiCexMn2-xO4 (х = 0, 0.01, 0.05 і 0.1), а також їхні ємнісні та циклічні характеристики в системах з апротонним та водним електролітами. Методом рентгенофазового аналізу встановлено, що лише незначна частина іонів церію вбудовується в структуру шпінелі, а надлишок церію кристалізується у вигляді окремої фази CeO2, кількість якої збільшується пропорційно до концентрації церію, закладеної при синтезі. Згідно з даними скануючої електронної мікроскопії, фаза СеО2 існує у вигляді окремих неагломерованих частинок розміром кілька десятків нанометрів, які знаходяться у безпосередньому контакті з частинками шпінелі, розмір яких становить 100–300 нм. Методами циклічної вольтамперометрії та гальваностатичного циклування визначено питомі, циклічні та кінетичні характеристики синтезованих матеріалів в апротонному (1М розчин LiPF6 в суміші розчинників етиленкарбонату : диметилкарбонату : диетилкарбонату) та водному (5М розчин LiNO3 в H2O) електролітах. Показано, що питома ємність шпінелей залежить як від складу самої шпінелі, так і від типу електрохімічної системи. В залежності від складу шпінелі, початкова питома ємність у апротонній системі становить 100–121 мА·год/г і 81–103 мА·год/г у водній системі. Отримані результати демонструють загальний позитивний вплив структурної та поверхневої модифікації шпінелі іонами церію на її електрохімічну поведінку. На основі даних циклічної вольтамперометрії проведено порівняння кінетичних характеристик досліджуваних зразків шпінелі у апротонній та водних електрохімічних системах, для чого було розраховано коефіцієнт дифузії літію та визначено контролюючий механізм електрохімічної реакції. Показана можливість використання синтезованих зразків шпінелі як матеріалів для електрохімічної екстракції літію з водних розчинів. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2025-06-01 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/775 10.15407/hftp16.02.222 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 16 No. 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 222-237 Химия, физика и технология поверхности; Том 16 № 2 (2025): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 222-237 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 16 № 2 (2025): Хімія, фізика та технологія поверхні; 222-237 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp16.02 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/775/793 Copyright (c) 2025 Yu. V. Shmatok, N. I. Globa, V. A. Sirosh, I. V. Romanova |
| spellingShingle | літій-манганова шпінель допування модифікація поверхні апротонний електроліт водний електроліт питома ємність кінетика електрохімічна екстракція літію Shmatok, Yu. V. Globa, N. I. Sirosh, V. A. Romanova, I. V. Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title | Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title_alt | Electrochemistry of lithium manganese spinel modified by cerium in aprotic and aqueous electrolytes |
| title_full | Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title_fullStr | Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title_full_unstemmed | Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title_short | Електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| title_sort | електрохімія літій-манганової шпінелі, модифікованої церієм, в апротонному та водному електролітах |
| topic | літій-манганова шпінель допування модифікація поверхні апротонний електроліт водний електроліт питома ємність кінетика електрохімічна екстракція літію |
| topic_facet | lithium-manganese spinel doping surface modification aprotic electrolyte aqueous electrolyte specific capacity kinetics electrochemical extraction of lithium літій-манганова шпінель допування модифікація поверхні апротонний електроліт водний електроліт питома ємність кінетика електрохімічна екстракція літію |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/775 |
| work_keys_str_mv | AT shmatokyuv electrochemistryoflithiummanganesespinelmodifiedbyceriuminaproticandaqueouselectrolytes AT globani electrochemistryoflithiummanganesespinelmodifiedbyceriuminaproticandaqueouselectrolytes AT siroshva electrochemistryoflithiummanganesespinelmodifiedbyceriuminaproticandaqueouselectrolytes AT romanovaiv electrochemistryoflithiummanganesespinelmodifiedbyceriuminaproticandaqueouselectrolytes AT shmatokyuv elektrohímíâlítíjmanganovoíšpínelímodifíkovanoíceríêmvaprotonnomutavodnomuelektrolítah AT globani elektrohímíâlítíjmanganovoíšpínelímodifíkovanoíceríêmvaprotonnomutavodnomuelektrolítah AT siroshva elektrohímíâlítíjmanganovoíšpínelímodifíkovanoíceríêmvaprotonnomutavodnomuelektrolítah AT romanovaiv elektrohímíâlítíjmanganovoíšpínelímodifíkovanoíceríêmvaprotonnomutavodnomuelektrolítah |