A Superior δ-MnO2 Cathode and a Self-Healing Zn-δ-MnO2 Battery

材料科学 电池(电) 插层(化学) 离子 阴极 储能 化学工程 电化学 水溶液 扩散 电极 无机化学 化学 热力学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 有机化学 量子力学
作者
Donghong Wang,Lufeng Wang,Guojin Liang,Hongfei Li,Zhuoxin Liu,Zijie Tang,Jianbo Liang,Chunyi Zhi
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (9): 10643-10652 被引量:690
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b04916
摘要

While α-MnO2 has been intensively studied for zinc batteries, δ-MnO2 is usually believed to be more suitable for ion storage with its layered structure. Unfortunately, the extraordinary Zn ion storage performance that δ-MnO2 should exhibit has not yet been achieved due to the frustrating structural degradation during charge-discharge cycles. Here, we found the Na ion and water molecules pre-intercalation can effectively activate stable Zn ion storage of δ-MnO2. Our results reveal that the resulted Zn//pre-intercalated δ-MnO2 battery delivers an extraordinarily high-rate performance, with a high capacity of 278 mAh g-1 at 1 C and up to 20 C, and a high capacity of 106 mAh g-1 can still be measured. The capacity retention is as high as 98% after charged-discharged up to 10,000 cycles benefiting from smooth Zn ion diffusion in the pre-intercalated structure. Further in situ/ex situ characterization confirms the superfast Zn ion diffusion in the pre-intercalated structure at room temperature. In addition, utilizing the well-chosen electrode material and modified polyurethane shell, we fabricated a quasi-solid-state healable Zn-δ-MnO2, which can be self-healed after multiple catastrophic damages, emphasizing the advanced features of aqueous Zn ion battery for wearable applications.
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