Oxygen Vacancy-Driven Water Dissociation for High-Performance Potassium-Ion Storage

化学 离解(化学) 氧气 水溶液 支柱 化学工程 电极 水化学 水的自电离 储能 无机化学 电化学 水介质 氧原子 水化能 纳米技术 保留时间
作者
Bohan Zhang,Jian Feng,YoonJeong Choi,Zhaoqi Dong,Zhenyu Zhu,Shuoqing Zhao,Yi Pei,Xiaoxu Zhao,Kai Liu,Shaojun Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c04388
摘要

Abstract Aqueous potassium-ion batteries (AKIBs) are attractive for low-cost and sustainable energy storage, yet their performance is limited by water-induced electrode degradation. Herein, we identify a previously unrecognized water-dissociation-regulated cointercalation mechanism in a P3-type K0.46MnO2 (KMO) cathode. We found that oxygen vacancies in KMO interact with neighboring lattice oxygens and promote water dissociation during charging, generating −OH groups which subsequently react with water to form H3O+. The resulting H3O+ cointercalates with K+, contributing to a gradual increase in capacity, while the −OH···H2O configuration serves as an interlayer pillar that stabilizes the layered structure. Benefiting from this water-driven charge-carrier regulation, KMO delivers an enhanced discharge capacity of 89.4 mAh g–1 with a record-high 96.0% capacity retention over 25,000 cycles. Furthermore, a KMO-based pouch full cell demonstrates the best capacity retention of 88.8% after 9000 cycles reported to date, highlighting the potential of hydration chemistry to enable durable and high-performance AKIBs.
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