Cation‐Anion Synergistically Regulated Spatial‐Electronic Effects Enable a Highly Stable δ‐MnO 2 Cathode for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

阴极 材料科学 水溶液 电化学 储能 耐久性 化学工程 离子 能量密度 电导率 纳米技术 电极 结构稳定性 电化学储能 电流密度 高能 原位 密度泛函理论 电池(电) 容量损失 机制(生物学) 能量(信号处理) 水介质 电阻率和电导率
作者
Yue Wang,Hongting Mai,Han Zhou,Xiaomin Yang,Liangwei Liu,X. X. Yi,Chuangang Hu,F S Pan,Xiang Ding,Lili Han
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (54)
标识
DOI:10.1002/adfm.76504
摘要

ABSTRACT In the energy storage system of aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs), δ‐MnO 2 features a layered structure favorable for Zn 2+ /H + co‐intercalation and a theoretical capacity of 308 mAh g −1 , making it a promising cathode material. However, narrow interlayer pathways, structural collapse during cycling, and poor conductivity restrict its practical performance. To address these bottlenecks, we designed a cation (Na + /K + /Ca 2+ ) and anion (F − ) co‐doped δ‐MnO 2 (NKCFMO). Using in situ/ex situ characterizations and theoretical calculations, we systematically investigated the structural‐electronic regulation mechanism induced by anion‐cation synergy. We clarified its role in enhancing structural stability and conductivity, accelerating Zn 2+ /H + intercalation/deintercalation kinetics, and optimizing electrochemical performance. Results show that NKCFMO delivers a maximum discharge capacity of 320.6 mAh g −1 at 0.3 A g −1 , along with outstanding long‐term cycling durability (166.6 mAh g −1 @ 86% @ 1.5 A g −1 ) and high energy density (438 Wh kg −1 ). Through gradient optimization of multi‐cations, we maximize the synergistic effect, providing theoretical support and a technical pathway for designing high‐performance manganese‐based cathodes for AZIBs.
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