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Rechargeable aqueous zinc-manganese dioxide batteries with high energy and power densities

碱性电池 电解质 三氟甲磺酸 电池(电) 无机化学 阴极 水溶液 储能 材料科学 插层(化学) 化学 化学工程 电极 催化作用 冶金 有机化学 量子力学 功率(物理) 物理化学 工程类 物理
作者
Ning Zhang,Fangyi Cheng,Junxiang Liu,Liubin Wang,Xinghui Long,Xiaosong Liu,Fujun Li,Jun Chen
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:8 (1) 被引量:1202
标识
DOI:10.1038/s41467-017-00467-x
摘要

Although alkaline zinc-manganese dioxide batteries have dominated the primary battery applications, it is challenging to make them rechargeable. Here we report a high-performance rechargeable zinc-manganese dioxide system with an aqueous mild-acidic zinc triflate electrolyte. We demonstrate that the tunnel structured manganese dioxide polymorphs undergo a phase transition to layered zinc-buserite on first discharging, thus allowing subsequent intercalation of zinc cations in the latter structure. Based on this electrode mechanism, we formulate an aqueous zinc/manganese triflate electrolyte that enables the formation of a protective porous manganese oxide layer. The cathode exhibits a high reversible capacity of 225 mAh g-1 and long-term cyclability with 94% capacity retention over 2000 cycles. Remarkably, the pouch zinc-manganese dioxide battery delivers a total energy density of 75.2 Wh kg-1. As a result of the superior battery performance, the high safety of aqueous electrolyte, the facile cell assembly and the cost benefit of the source materials, this zinc-manganese dioxide system is believed to be promising for large-scale energy storage applications.The development of rechargeable aqueous zinc batteries are challenging but promising for energy storage applications. With a mild-acidic triflate electrolyte, here the authors show a high-performance Zn-MnO2 battery in which the MnO2 cathode undergoes Zn2+ (de)intercalation.
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