Electrochemically Activated Nickel–Carbon Composite as Ultrastable Cathodes for Rechargeable Nickel–Zinc Batteries

材料科学 阴极 碳纤维 复合数 活性炭 电化学 冶金 无机化学 电极 复合材料 化学 有机化学 物理化学 吸附
作者
Lingyi Meng,Dun Lin,Jing Wang,Yinxiang Zeng,Yi Liu,Xihong Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (16): 14854-14861 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsami.9b04006
摘要

Aqueous rechargeable nickel–zinc batteries are highly attractive for large-scale energy storage for their high output voltage, low cost, and excellent safety; however, their inferior cycling durability due to the degradation of the Ni-based cathode is a major obstacle for their applications. In this context, we develop a new kind of porous electrochemically activated Ni nanoparticle/nitrogen-doped carbon (Ni/NC) composite material as ultrastable cathodes for advanced aqueous rechargeable nickel–zinc batteries. The in situ formation of a highly active NiOx(OH)y layer on Ni nanoparticles and a unique hydrophilic porous architecture endow the activated Ni/NC composite with high accessible area, abundant active sites, easy electrolyte permeation, and shortened charge/ion transport pathway. Consequently, a high capacity of 381.2 μAh cm–3 with an outstanding rate capability is achieved by the Ni–Zn battery using the optimized activated Ni/NC composite as the cathode (about 30-fold enhancement compared to that with the pristine Ni/NC composite as the cathode). More impressively, the as-assembled Ni–Zn battery achieves an unprecedented cyclic stability with no capacity loss after 36 000 charge/discharge cycles. This is the highest cyclic durability ever for Ni–Zn batteries and other aqueous rechargeable batteries. This novel efficient electrochemical activation strategy to achieve a high-performance cathode and demonstration of an ultrastable aqueous rechargeable Ni–Zn battery may open up new vistas on the development of more advanced and reliable energy storage materials and devices.
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