Cation-Deficient Spinel ZnMn2O4 Cathode in Zn(CF3SO3)2 Electrolyte for Rechargeable Aqueous Zn-Ion Battery

尖晶石 化学 水溶液 电解质 阴极 离子 无机化学 电池(电) 材料科学 电极 物理化学 冶金 有机化学 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Ning Zhang,Fangyi Cheng,Yongchang Liu,Qing Zhao,Kaixiang Lei,Chengcheng Chen,Xiaosong Liu,Jun Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (39): 12894-12901 被引量:1828
标识
DOI:10.1021/jacs.6b05958
摘要

Rechargeable aqueous Zn-ion batteries are attractive cheap, safe and green energy storage technologies but are bottlenecked by limitation in high-capacity cathode and compatible electrolyte to achieve satisfactory cyclability. Here we report the application of nonstoichiometric ZnMn2O4/carbon composite as a new Zn-insertion cathode material in aqueous Zn(CF3SO3)2 electrolyte. In 3 M Zn(CF3SO3)2 solution that enables ∼100% Zn plating/stripping efficiency with long-term stability and suppresses Mn dissolution, the spinel/carbon hybrid exhibits a reversible capacity of 150 mAh g-1 and a capacity retention of 94% over 500 cycles at a high rate of 500 mA g-1. The remarkable electrode performance results from the facile charge transfer and Zn insertion in the structurally robust spinel featuring small particle size and abundant cation vacancies, as evidenced by combined electrochemical measurements, XRD, Raman, synchrotron X-ray absorption spectroscopy, FTIR, and NMR analysis. The results would enlighten and promote the use of cation-defective spinel compounds and trifluoromethanesulfonic electrolyte to develop high-performance rechargeable zinc batteries.
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