Critical Role of Cation Exchange in Hierarchical Hollow NiCoCe‐Hydroxides Cathode with Multi‐Effects for High‐Performance Alkaline Zn Battery

材料科学 碱性电池 阴极 电解质 电化学 化学工程 层状双氢氧化物 电子转移 氢氧化物 无机化学 交换电流密度 离子交换 离子 电极 冶金 化学 物理化学 工程类 塔菲尔方程 有机化学
作者
Shuai Jia,Zhao Dexi,Yu Ren,Jian Wang,Wenhao Hui,Guandong Yin,Tao Zhang,Yingchun Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (49) 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adfm.202508372
摘要

Abstract Despite their high theoretical capacity, nickel‐based hydroxides also suffer from low electron conductivity, insufficient reactive sites and poor structural stability, causing the unsatisfactory electrochemical performance during energy storage. Herein, hierarchical hollow spheres constructed by nickel/cobalt hydroxides nanosheets with cerium ions decoration (NiCoCe‐OH) are designed through a coupling strategy of self‐templates hydrolysis and cation exchange. The rational construction exposes more reactive sites, creates abundant transfer channels, reinforces electrode‐electrolyte affinity, improves electron conductivity and relieves structural collapse during charge/discharge processes. Impressively, incorporating Ce ions not only promotes redistribution of electron density and regulates coordination environment on metal sites, but optimizes the ions adsorption behavior with the help of strong orbital hybridization, in favor of enhancing reaction kinetics and facilitating phases transformation. Thus, the NiCoCe‐OH‐4 reveals a high specific capacity of 283.4 mAh g −1 at 1 A g −1 and retains 223.1 mAh g −1 after enlarging to 30 A g −1 , along with satisfied cycling durability. Moreover, the aqueous alkaline Zn battery with NiCoCe‐OH‐4 cathode achieves outstanding energy density of 508.4 Wh kg −1 at a power density of 1.56 kW kg −1 and rate capability. This work is supposed to provide valuable insights for tailoring the structure and composition of nickel‐based hydroxides in alkaline energy systems.
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