Coupling Oxygen Vacancies and Heterophase Homostructure Achieving High-Rate-Endurable Aqueous Zinc-Ion Storage

阴极 水溶液 电化学 储能 电导率 材料科学 功率密度 离子 化学工程 电极 化学 纳米技术 冶金 物理化学 功率(物理) 物理 量子力学 工程类 有机化学
作者
Kangning Wang,Danxing Wu,Xiaolei Sun,Wenlin Zhang,Zhuangzhuang Zhang,Yanzhong Zhen,Yaodong Yang,Jianwei Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (44): 15818-15825 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c03636
摘要

In recent years, manganese dioxide cathodes have demonstrated unparalleled benefits in aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) and aqueous zinc-ion hybrid capacitors (AZICs) owing to their high discharge voltage (∼1.4 V), abundant resources, nontoxicity, high theoretical specific capacity (308 mAh g–1), and various crystal types (α-/β-/δ-/γ-MnO2). Unfortunately, their intrinsic shortcomings, including low conductivity and poor structural stability, lead to unsatisfactory electrochemical performance (poor rate performance and rapid capacity decay). Herein, a novel manganese dioxide cathode material with oxygen vacancies and a heterophase homostructure was designed and produced by a one-step hydrothermal process. This unique design could enhance conductivity and accelerate electron transfer. As expected, AZIBs showed excellent cycle performance with a capacity decay rate of 0.014% per cycle during 2800 cycles as well as outstanding rate performance (76.6 mAh g–1 at 10 A g–1). Furthermore, AZICs offer an energy density of 48.8 Wh kg–1 at a power density of 100 W kg–1 and a capacity retention rate of up to 73.4% even after 10,000 cycles. These discoveries pave the way for the rational design of high-performance electrode materials and provide an innovative option for next-generation energy storage systems.
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