Defect Engineering of Oxygen‐Deficient Manganese Oxide to Achieve High‐Performing Aqueous Zinc Ion Battery

材料科学 双锰矿 水溶液 氧化锰 无机化学 吸附 价(化学) 离域电子 解吸 氧气 电化学 离子 化学工程 冶金 电极 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Ting Xiong,Zhi Gen Yu,Haijun Wu,Yonghua Du,Qidong Xie,Jingsheng Chen,Yong‐Wei Zhang,Stephen J. Pennycook,Wee Siang Vincent Lee,Junmin Xue
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (14) 被引量:701
标识
DOI:10.1002/aenm.201803815
摘要

Abstract A major limitation of MnO 2 in aqueous Zn/MnO 2 ion battery applications is the poor utilization of its electrochemical active surface area. Herein, it is shown that by generating oxygen vacancies ( V O ) in the MnO 2 lattice, Gibbs free energy of Zn 2+ adsorption in the vicinity of V O can be reduced to thermoneutral value (≈0.05 eV). This suggests that Zn 2+ adsorption/desorption process on oxygen‐deficient MnO 2 is more reversible as compared to pristine MnO 2 . In addition, because of the fact that fewer electrons are needed for ZnO bonding in oxygen‐deficient MnO 2 , more valence electrons can be contributed into the delocalized electron cloud of the material, which aids in enhancing the attainable capacity. As a result, the stable Zn/oxygen‐deficient MnO 2 battery is able to deliver one of the highest capacities of 345 mAh g −1 reported for a birnessite MnO 2 system. This excellent electrochemical performance suggests that generating oxygen vacancies in MnO 2 may aid in the future development of advanced cathodes for aqueous Zn ion batteries.
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