Intercalation and Interface Engineering of Layered MnO 2 Cathodes toward High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries

插层(化学) 阴极 水溶液 锌 材料科学 离子 接口(物质) 化学工程 无机化学 化学 冶金 工程类 有机化学 物理化学 吉布斯等温线
作者
Shixue Zhong,Xin Yan,Li’e Mo,Bijiao He,Fang Zhang,Zhao Chen,Linhua Hu,Huajun Tian
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:129 (14): 6684-6696 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c01408
摘要

Manganese-based layered compounds offer promising cathode materials for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) due to their high safety, low cost, and environmental friendliness. However, their sluggish reaction kinetics, poor conductivity, and irreversible manganese dissolution result in severe capacity fading. Herein, a simple two-step method is successfully proposed to intercalate Ba 2+ ions into layered manganese oxide (Ba-MnO 2 ), which were utilized as cathode materials for AZIBs. Ba 2+ ions have been innovatively introduced into the MnO 2 cathode, generating abundant oxygen vacancies. Notably, the incorporated Ba 2+ spontaneously forms an in situ BaSO 4 layer during charging, which functions as a protective cathode electrolyte interface. These improvements promote the conductivity and ion diffusion of MnO 2, enabling a reversible MnO 2 /Mn 2+ deposition/dissolution reaction. The Zn//Ba-MnO 2 full battery delivers a high capacity of 355 mA h g –1 at 0.3 C and maintains an ultrastable cycling stability of over 1200 cycles even at 3 C. This work provides an innovative strategy and a profound understanding of designing high-performance cathodes for AZIBs.
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