Toward a Reversible Mn4+/Mn2+ Redox Reaction and Dendrite‐Free Zn Anode in Near‐Neutral Aqueous Zn/MnO2 Batteries via Salt Anion Chemistry

阳极 氧化还原 水溶液 材料科学 阴极 无机化学 电化学 剥离(纤维) 离子 电解质 法拉第效率 电极 化学 物理化学 有机化学 复合材料 冶金
作者
Xiaohui Zeng,Jiatu Liu,Jianfeng Mao,Junnan Hao,Zhijie Wang,Si Zhou,Chris D. Ling,Zhanhu Guo
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (32) 被引量:318
标识
DOI:10.1002/aenm.201904163
摘要

Abstract Rechargeable aqueous Zn/MnO 2 batteries are very attractive large‐scale energy storage technologies, but still suffer from limited cycle life and low capacity. Here the novel adoption of a near‐neutral acetate‐based electrolyte (pH ≈ 6) is presented to promote the two‐electron Mn 4+ /Mn 2+ redox reaction and simultaneously enable a stable Zn anode. The acetate anion triggers a highly reversible MnO 2 /Mn 2+ reaction, which ensures high capacity and avoids the issue of structural collapse of MnO 2 . Meanwhile, the anode‐friendly electrolyte enables a dendrite‐free Zn anode with outstanding stability and high plating/stripping Coulombic efficiency (99.8%). Hence, a high capacity of 556 mA h g −1 , a lifetime of 4000 cycles without decay, and excellent rate capability up to 70 mA cm −2 are demonstated in this new near‐neutral aqueous Zn/MnO 2 battery by simply manipulating the salt anion in the electrolyte. The acetate anion not only modifies the surface properties of MnO 2 cathode but also creates a highly compatible environment for the Zn anode. This work provides a new opportunity for developing high‐performance Zn/MnO 2 and other aqueous batteries based on the salt anion chemistry.
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