Zeolitic Imidazolate Framework-67-Derived Co3O4/α-MnO2 Composite as an Efficient Cathode for Aqueous Zinc-Ion Batteries

阴极 水溶液 材料科学 沸石咪唑盐骨架 复合数 离子 咪唑酯 无机化学 化学工程 金属有机骨架 化学 吸附 冶金 物理化学 复合材料 有机化学 工程类
作者
Abhas Anand,Ram Dixit,Anil Verma,Suddhasatwa Basu
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:38 (14): 13365-13378 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.4c01252
摘要

Co3O4/α-MnO2 composite was prepared as an efficient cathode host for zinc-ion battery (ZIB) application by utilizing a cobalt-based zeolitic imidazolate framework (ZIF-67) template. α-MnO2 nanorods with an open end served as foreign particles that introduced structural inhomogeneity, thereby facilitating the process of heterogeneous nucleation of ZIF-67 crystals to form Co3O4/α-MnO2 composite. CR-2032 coin cell configuration was used to evaluate the electrochemical performance of the Zn//Co3O4/α-MnO2 battery in an electrolyte mixture containing 2 M ZnSO4 and 0.1 M MnSO4 aqueous solution. The battery delivered 243.51 and 140.2 mAh·g–1 of initial discharge capacities at C-rates of 0.4 and 4 C, respectively (1 C = 248.67 mA·g–1). The cycling performance tests for 300 cycles were performed at different values of C-rate, namely, 0.4, 1.2, 2, and 4 C, with discharge capacity retentions of 88.88, 86.16, 90.78, and 100.39%, respectively. Moreover, the long-term cycling test at 4 C for the assembled Zn//Co3O4/α-MnO2 battery showed a high discharge capacity retention of 90.59% after 2000 galvanostatic charge–discharge cycles with nearly 100% Coulombic efficiency. The present work also provided the calculation of the Zn2+ diffusion coefficient using the cyclic voltammetry technique, with the calculated values of Zn2+ diffusivity in the order of 10–9 cm2·s–1. Furthermore, the viability of the Zn//Co3O4/α-MnO2 battery for practical implementation was also examined by self-discharge test, which showed ∼86.9% of open-circuit voltage retention over a period of 60 days. The present work paves the way for practical implementation of aqueous ZIBs using Co–Mn-based cathodes.
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