A Long‐Life Manganese Oxide Cathode Material for Aqueous Zinc Batteries with a Negatively Charged Porous Host to Promote the Back‐Deposition of Dissolved Mn2+

溶解 材料科学 阴极 水溶液 氧化物 电解质 化学工程 无机化学 煅烧 多孔性 电极 冶金 化学 催化作用 复合材料 有机化学 物理化学 工程类
作者
Yaozhi Liu,Zengming Qin,Xianpeng Yang,Xiaoqi Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (10) 被引量:62
标识
DOI:10.1002/adfm.202106994
摘要

Abstract Manganese oxide is a promising cathode material for rechargeable aqueous zinc batteries. However, the cycling stability is seriously limited by Mn dissolution. Herein, a negatively charged porous carbon host is proposed for manganese oxide to ensure stable cycling. It is derived from a metal–organic framework with Zn and Mn centers. The organic ligands transform into porous carbon upon calcination, and Zn vaporizes to generate a negatively charged surface. It provides abundant reaction sites, electron transport network, and most importantly, strong attractions towards Mn 2+ cations by electrostatic interactions. The Mn 2+ dissolved from manganese oxide reversibly deposits back to the cathode as demonstrated by mechanism studies, and active species is preserved for energy storage. In the electrolyte of 3 m ZnSO 4 without Mn 2+ additives, the composite cathode achieves an ultra‐long life over 11 000 cycles at 2 A g −1 . It also delivers 275 mAh g −1 capacity (based on the total mass of the composite) at 0.1 A g −1 . This work proposes an effective strategy to realize the stable cycling of manganese oxide cathode materials in aqueous zinc batteries.
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