Activating the redox chemistry of MnO2/Mn2+ in aqueous Zn batteries based on multi-ions doping regulation

电化学 材料科学 阴极 阳极 氧化还原 电解质 溶解 离子 水溶液 化学工程 电极 化学 物理化学 冶金 有机化学 工程类
作者
Yajun Zhao,Yajun Zhao,Xiaoyu Xia,Qi Li,Yueyang Wang,Yanchen Fan,Yi Zhao,Yi Zhao,Wen Liu,Xiaoming Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:67: 103268-103268 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103268
摘要

Two electron reaction of MnO2/Mn2+ have attracted burgeoning attention, which endows rechargeable aqueous Zn-MnO2 batteries with high energy density besides intrinsic safety, and environmental friendliness. However, it also suffers uncontrolled anode corrosion, sluggish ion diffusion and irreversible structural transformation, leading to poor rate capability and severe fading. Herein, a multi-ions regulated MnO2 (CrNi-MnO2) is designed via a novel two-step electrochemical method under theoretical guidance, contributing to the enhanced electrochemical performance of Zn-MnO2 batteries in terms of dissolution-deposition chemistry. CrNi-MnO2 cathode can significantly improve the conductivity and lower electrostatic interaction, boosting the rate performance and cycling stability. Furthermore, reversible Cr3+/Cr2+ reaction can effectively reduce the accumulation of "dead" MnO2, which can promote the transformation of MnO2/Mn2+ thoroughly in acid-mild electrolyte. Various ex-situ analyses and theory calculations have revealed double-functional role of the doped ions for accelerating MnO2/Mn2+ transformation and Zn2+/H+ co-insertion kinetics. Hence, CrNi-MnO2 cathode exhibits ultra-high capacity, superior rate performance, and excellent cycling stability, providing new insight for developing superb Zn-MnO2 batteries.
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