Rational design of ZnMn2O4 nanoparticles on carbon nanotubes for high-rate and durable aqueous zinc-ion batteries

材料科学 电化学 复合数 阴极 化学工程 降级(电信) 水溶液 碳纳米管 纳米颗粒 电极 化学 纳米技术 复合材料 电子工程 工程类 物理化学
作者
Fei Gao,Bing Mei,Xiangyu Xu,Jinghui Ren,Decheng Zhao,Zhen Zhang,Zhoulu Wang,Yutong Wu,Xiang Liu,Yi Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:448: 137742-137742 被引量:168
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137742
摘要

ZnMn2O4 (ZMO) is a promising cathode material for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) due to its high capacity, high output voltage and rich abundance. However, the commercial application of ZMO is severely restricted by the rapid capacity decay at high rate resulting from low electrical conductivity and structural degradation. Herein, a commonplace one-step hydrothermal method is applied to rationally synthesize ZMO nanoparticles (∼20 nm) on carbon nanotubes (ZMO/CNTs) heterostructure for stable high-rate Zn2+ storage. The high electrical conductive CNTs and such small ZMO benefit from electrons’ fast transport, endowing ZMO/CNTs composite with high electrical conductivity. Furthermore, the flexible CNTs network and the strong interface interaction (Mn-O-C bond) between ZMO and CNTs can effectively suppress irreversible structural degradation. As a result, the ZMO/CNTs composite delivers a promising initial capacity of 220.3 mAh g−1 at 100 mA g−1 and a high capacity retention of 97.01% after 2000 cycles at 3000 mA g−1, indicating excellent high-rate long-term cycling stability. Furthermore, the flexible ZIBs are assembled and show stable electrochemical properties at different bending states, demonstrating their potential practical applications.
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