Ultrafast Synthesis of Metal-Layered Hydroxides in a Dozen Seconds for High-Performance Aqueous Zn (Micro-) Battery

层状双氢氧化物 材料科学 过渡金属 电池(电) 化学工程 基质(水族馆) 碳纤维 阴极 纳米技术 无机化学 化学 氢氧化物 复合材料 复合数 有机化学 催化作用 工程类 地质学 物理化学 功率(物理) 物理 海洋学 量子力学
作者
Xiangyang Li,Fangshuai Chen,Bo Zhao,Shaohua Zhang,Xiaoyu Zheng,Ying Wang,Xuting Jin,Chunlong Dai,Jiaqi Wang,Jing Xie,Zhipan Zhang,Yang Zhao
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (1): 32-32 被引量:44
标识
DOI:10.1007/s40820-022-01004-2
摘要

Efficient synthesis of transition metal hydroxides on conductive substrate is essential for enhancing their merits in industrialization of energy storage field. However, most of the synthetic routes at present mainly rely on traditional bottom-up method, which involves tedious steps, time-consuming treatments, or additional alkaline media, and is unfavorable for high-efficiency production. Herein, we present a facile, ultrafast and general avenue to synthesize transition metal hydroxides on carbon substrate within 13 s by Joule-heating method. With high reaction kinetics caused by the instantaneous high temperature, seven kinds of transition metal-layered hydroxides (TM-LDHs) are formed on carbon cloth. Therein, the fastest synthesis rate reaches ~ 0.46 cm2 s-1. Density functional theory calculations further demonstrate the nucleation energy barriers and potential mechanism for the formation of metal-based hydroxides on carbon substrates. This efficient approach avoids the use of extra agents, multiple steps, and long production time and endows the LDHs@carbon cloth with outstanding flexibility and machinability, showing practical advantages in both common and micro-zinc ion-based energy storage devices. To prove its utility, as a cathode in rechargeable aqueous alkaline Zn (micro-) battery, the NiCo LDH@carbon cloth exhibits a high energy density, superior to most transition metal LDH materials reported so far.
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