Coupling N-doping and rich oxygen vacancies in mesoporous ZnMn2O4 nanocages toward advanced aqueous zinc ion batteries

纳米笼 材料科学 介孔材料 阴极 兴奋剂 水溶液 化学工程 电导率 纳米技术 光电子学 催化作用 物理化学 化学 生物化学 工程类
作者
Can Huang,Qiufan Wang,Daohong Zhang,Guozhen Shen
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:15 (9): 8118-8127 被引量:78
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4498-9
摘要

The development of a high specific capacity and stable manganese (Mn)-based cathode material is very attractive for aqueous zinc-ion (Zn2+) batteries (ZIBs). However, the inherent low electrical conductivity and volume expansion challenges limit its stability improvement. Here, a mesoporous ZnMn2O4 (ZMO) nanocage (N-ZMO) coupled with nitrogen doping and oxygen vacancies is prepared by defect engineering and rational structural design as a high-performance cathode material for rechargeable ZIBs. The oxygen vacancies enhance the electrical conductivity of the material and the nitrogen doping releases the strong electrostatic force of the material to maintain a higher structural stability. Interestingly, N-ZMO exhibits excellent ability of Zn2+ storage (225.4 mAh·g−1 at 0.3 A·g−1), good rate, and stable cycling performance (88.4 mAh·g−1 after 1,000 cycles at 3 A·g−1). Furthermore, a flexible quasi-solid-state device with high energy density (261.6 Wh·kg−) is assembled, demonstrating long-lasting durability. We believe that the strategy in this study can provide a new approach for developing aqueous ZIBs.
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