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Structure Evolution of Na2O2 from Room Temperature to 500 °C.
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-09-21 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c02234 Chun-Hai Wang 1, 2 , Dong-Yun Gui 3 , Qingbo Xia 2 , Maxim Avdeev 2, 4 , Chris D Ling 2 , Brendan J Kennedy 2
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2020-09-21 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.0c02234 Chun-Hai Wang 1, 2 , Dong-Yun Gui 3 , Qingbo Xia 2 , Maxim Avdeev 2, 4 , Chris D Ling 2 , Brendan J Kennedy 2
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Na2O2 is one of the possible discharge products from sodium–air batteries. Here, we report the evolution of the structure of Na2O2 from room temperature to 500 °C using variable-temperature neutron and synchrotron X-ray powder diffraction. A phase transition from α-Na2O2 to β-Na2O2 is observed in the neutron diffraction measurements above 400 °C, and the crystal structure of β-Na2O2 is determined from neutron diffraction data at 500 °C. α-Na2O2 adapts a hexagonal P62m (no. 189) structure, and β-Na2O2 adapts a tetragonal I41/acd (no. 142) structure. The thermal expansion coefficients of α-Na2O2 are a = 2.98(1) × 10–5 K–1, c = 2.89(1) × 10–5 K–1, and V = 8.96(1) × 10–5 K–1 up to 400 °C, and a ∼10% volume expansion occurs during the phase transition from α-Na2O2 to β-Na2O2 due to the realignment/rotation of O22– groups. Both phases are electronic insulators according to DFT calculations with band gaps (both indirect) of 1.75 eV (α-Na2O2) and 2.56 eV (β-Na2O2). An impedance analysis from room temperature to 400 °C revealed a significant enhancement of the conductivity at T ≥ 275 °C. α-Na2O2 shows a higher conductivity (∼10 times at T ≤ 275 °C and ∼3 times at T > 275 °C) in O2 compared to in Ar. We confirmed, by dielectric analysis, that this enhanced conductivity is dominated by ionic conduction.
中文翻译：
Na2O2从室温到500°C的结构演变。
Na 2 O 2是钠空气电池可能的放电产物之一。在这里，我们报道了使用变温中子和同步辐射X射线粉末衍射从室温到500°C的Na 2 O 2结构的演变。从A相转变α-的Na 2 ö 2 β-的Na 2 ö 2在中子衍射测量在400℃以上观察到的，和的晶体结构β-的Na 2 ö 2从中子衍射数据在500℃下测定。α-的Na 2个ö 2适应六边形P 6 2米（无189）结构，和β-的Na 2 ö 2适应的四方我4 1 / ACD（无。142）的结构。的热膨胀系数α-的Na 2 ö 2是一个= 2.98（1）×10 -5 ķ -1，Ç = 2.89（1）×10 -5 ķ -1，和V = 8.96（1）×10 - 5 ķ -1到400℃，和〜10％的体积膨胀从所述相变过程中发生α-的Na 2 ö 2 β-的Na 2 ö 2由于O 2 2-的重新排列/旋转。这两个阶段是根据DFT计算与1.75电子伏特（α-钠的带隙（两者间接）电子绝缘子2 ö 2）和2.56电子伏特（β-的Na 2 ö 2）。从室温的阻抗分析，以400℃在露出了导电性的显著增强Ť ≥275℃。α-的Na 2 ö 2示出了更高的导电率（〜10在次Ť ≤275℃，并在〜3倍Ť > 275℃）为O 2相比，在氩气。通过介电分析，我们证实了这种增强的电导率主要由离子传导控制。
更新日期：2020-10-05
中文翻译：
Na2O2从室温到500°C的结构演变。
Na 2 O 2是钠空气电池可能的放电产物之一。在这里，我们报道了使用变温中子和同步辐射X射线粉末衍射从室温到500°C的Na 2 O 2结构的演变。从A相转变α-的Na 2 ö 2 β-的Na 2 ö 2在中子衍射测量在400℃以上观察到的，和的晶体结构β-的Na 2 ö 2从中子衍射数据在500℃下测定。α-的Na 2个ö 2适应六边形P 6 2米（无189）结构，和β-的Na 2 ö 2适应的四方我4 1 / ACD（无。142）的结构。的热膨胀系数α-的Na 2 ö 2是一个= 2.98（1）×10 -5 ķ -1，Ç = 2.89（1）×10 -5 ķ -1，和V = 8.96（1）×10 - 5 ķ -1到400℃，和〜10％的体积膨胀从所述相变过程中发生α-的Na 2 ö 2 β-的Na 2 ö 2由于O 2 2-的重新排列/旋转。这两个阶段是根据DFT计算与1.75电子伏特（α-钠的带隙（两者间接）电子绝缘子2 ö 2）和2.56电子伏特（β-的Na 2 ö 2）。从室温的阻抗分析，以400℃在露出了导电性的显著增强Ť ≥275℃。α-的Na 2 ö 2示出了更高的导电率（〜10在次Ť ≤275℃，并在〜3倍Ť > 275℃）为O 2相比，在氩气。通过介电分析，我们证实了这种增强的电导率主要由离子传导控制。
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