H3O+ intercalado termodinámicamente de forma espontánea permite a LiMn2O4 con una tolerancia mejorada a protones en baterías acuosas

LiMn2O4 (LMO) es un material atractivo para el electrodo positivo en baterías acuosas de iones de litio (ALIBs), pero su rendimiento cíclico inferior limita la aplicación práctica. El mecanismo de degradación de LMO en ALIBs todavía no está claro, lo que resulta en la incapacidad de mejorar predeciblemente su estabilidad estructural. Se cree que la interfaz electrodo/electrolito juega un papel importante en la degradación del electrodo. Sin embargo, las interacciones de la interfaz electrodo/electrolito que contiene agua de LMO están poco exploradas. En este trabajo, demostramos la inserción de H3O+ en LMO durante el ciclo en electrolito acuoso y aclaramos los efectos paradójicos de H3O+. El H3O+ cristalino mejora la estabilidad estructural de LMO al formar una capa protectora rica en Mn4+, pero un exceso de H3O+ cristalino conduce a una mala conductividad de Li+, lo que resulta en una rápida disminución de la capacidad. Combinando análisis electroquímicos, caracterizaciones estructurales y cálculos de primeros principios, revelamos la intercalación de H3O+ en LMO y su mecanismo asociado en la evolución estructural de LMO. Además, regulamos el contenido de H3O+ cristalino en LMO modificando las redes de enlaces de hidrógeno del electrolito acuoso para restringir la actividad de las moléculas de H2O. Este enfoque utiliza una cantidad adecuada de H3O+ cristalino para mejorar la estabilidad estructural de LMO mientras mantiene una difusión suficiente de Li+. Las reacciones interfaciales del material de la batería LiMn2O4 en electrolitos acuosos son complejas y poco exploradas. Aquí, los autores demuestran la inserción de H3O+ en LiMn2O4 y aclaran los efectos paradójicos de H3O+ en la red, que mejora la tolerancia a protones pero impide la difusión de Li+.