Mo-Pre-Intercalated MnO2 Cathode with Highly Stable Layered Structure and Expanded Interlayer Spacing for Aqueous Zn-Ion Batteries

材料科学 插层(化学) 阴极 电化学 水溶液 化学工程 氧化物 动力学 电极 无机化学 冶金 物理化学 化学 工程类 物理 量子力学
作者
Zhen Wang,Kun Han,Qi Wan,Yixing Fang,Xuanhui Qu,Ping Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (1): 859-869 被引量:30
标识
DOI:10.1021/acsami.2c15924
摘要

Although manganese-based oxides possess high voltage and low cost, the sluggish reaction kinetics and poor structural stability hinder their applications in aqueous rechargeable Zn-ion batteries (ZIBs). Herein, a molybdenum (Mo) pre-intercalation strategy is proposed to solve the above issues of δ-MnO2. The pre-intercalated Mo dopants, acting as the interlayer pillars, can not only expand the interlayer spacing but also reinforce the layered structure of δ-MnO2, finally achieving enhanced reaction kinetics and superb cycling stability during carrier (de)intercalation. Moreover, oxygen defects, introduced due to Mo-pre-intercalation, play a critical role in the fast reaction kinetics and capacity improvement of the Mo-pre-intercalated δ-MnO2 (Mo-MnO2) cathode. Therefore, the Mo-MnO2 cathode displays a high energy density of 451 Wh kg-1 (based on cathode mass), excellent rate capability, and admirable long-term cycling performance with a high capacity of 159 mAhg-1 at 1.0 A g-1 after 1000 cycles. In addition, the energy storage mechanism of Zn2+/H+ stepwise reversible (de)intercalation is also revealed by ex situ experiments. This work provides an insightful guide for boosting the electrochemical performance of Mn-based oxide cathodes for ZIBs.
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