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A Practical High-Energy Alkaline Aqueous Battery and Strategies to Suppress Its Hydrogen Evolution

阴极 材料科学 水溶液 电池(电) 化学工程 阳极 电解质 碱性电池 碳化作用 电化学 比能量 拉曼光谱 无机化学 腐蚀 挥发 钾离子电池 能量密度 电流密度 储能 容量损失 体积热力学
作者
Fanqi Wang,Sui Gu,Meifen Wu,Wen Zhaoyin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c17817
摘要

Aqueous VB2-air batteries with high mass and volume specific energy and high safety have attracted an increasing amount of attention due to the multielectron reactions of VB2. However, the existing VB2-based batteries have many shortcomings, such as alkaline electrolyte volatilization and carbonation due to the half-open structure of air cathode and hydrogen evolution corrosion of the VB2 anode. Thus, it is crucial to identify a cathode material with a stable structure, high energy density, and suitability for VB2-based batteries. In this work, four crystallographic structures of MnO2 (α-, β-, γ-, and δ-) were selected as the cathode to construct a closed VB2-based alkaline battery. The results of galvanostatic discharge tests show that the γ-MnO2 cathode has the highest discharge specific capacity of 280 mAh g-1 with utilization reaching 90.9%. XRD and in situ Raman analyses indicate that the cathode mainly undergoes a proton-embedded transition-type reaction. Additionally, V2O5 was adopted as an anode additive to suppress hydrogen evolution corrosion. The closed VB2-MnO2 aqueous battery with a designed capacity of 30-35 mAh cm-2 can achieve a discharge specific capacity of 2385 mAh g-1 at a current density of 800 mA g-1, which is 1080 mAh g-1 higher than that without additives, indicating that such an optimized VB2-MnO2 aqueous battery has high practical potential.

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