Alkali ions pre-intercalation of δ-MnO2 nanosheets for high-capacity and stable Zn-ion battery

材料科学 插层(化学) 阴极 电化学 碱金属 离子 溶解 扩散 化学工程 电池(电) 无机化学 电极 冶金 物理化学 热力学 工程类 物理 功率(物理) 化学 量子力学
作者
Qixing Xie,Gao Cheng,Tong Xue,Leheng Huang,Shihong Chen,Yue Sun,Ming Sun,Haozhi Wang,Lin Yu
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:24: 100934-100934 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2021.100934
摘要

Manganese oxide is regarded as the most promising cathode material for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs). However, the practical application of Mn-based ZIBs has been restricted by slow diffusion kinetics of Zn ions and unstable structure of MnO2. Herein, δ-MnO2 nanosheets with a layered structure are pre-intercalated with various alkali cations (X-δ-MnO2, X = Li+, Na+, or K+) and are designed for ZIBs to understand the effect of cations on the electrochemical behavior and charge storage mechanism of the δ-MnO2 cathode. It demonstrates that the cycling stability, the rate capability, and the reversibility of X-δ-MnO2 are improved with the sequence of K-δ-MnO2 > Na-δ-MnO2 > Li-δ-MnO2 owing to the increase of pre-intercalated ion radius. Furthermore, H+ intercalation followed by Zn2+ mechanism has been verified by observation of the two distinct voltage platforms with a reversible deposition/dissolution of Zn4SO4(OH)6·4H2O. This study confirms that the pre-intercalation of the alkali cation is an efficient strategy to improve the energy storage performance and to understand the charge-discharge mechanism of δ-MnO2 for ZIBs.
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