Acid–Alkaline Electrolyte for the Development of High-Energy Density Zn-Ion Batteries through Structural Modification of MoS2 by MnO2

电解质 碱性电池 离子 能量密度 材料科学 无机化学 化学 化学工程 工程物理 电极 物理化学 物理 工程类 有机化学
作者
Prakas Samanta,Souvik Ghosh,Saikat Bolar,Haradhan Kolya,Chun–Won Kang,Pranab Samanta,Naresh Chandra Murmu,Tapas Kuila
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (7): 8581-8591 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c01112
摘要

Aqueous rechargeable Zn-ion batteries (ZiBs) are of low cost and high safety but suffer from a narrow electrochemical stability window, leading to the low-energy density. The battery performance is impeded because of the sluggish intercalation kinetics associated with the Zn2+ ion at the cathode in the aqueous electrolyte. An asymmetric-bipolar ZiB (“H” cell) consisting of an acid–alkaline dual electrolyte separated by an ion-exchange membrane is proposed. The MoS2@δ-MnO2 cathode and the Zn anode operated at different pHs of the electrolyte, leading to a high cell voltage of 2.48 V. The efficiency of Zn2+ accepting the host is enhanced through structural modification of the MoS2 layer by MnO2. The deposition/dissolution and insertion/extraction charge storage mechanisms in “H” cells were investigated through ex situ field-emission scanning electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, temperature-dependent activation energy calculation, and distribution relaxation time studies. The “H” cell delivered ∼464 mAh g–1 specific capacity and ∼348 Wh kg–1 energy density at 0.2 A g–1 current density with ∼99.9% Coulombic efficiency and exhibited superior cycling stability with ∼74% capacity retention after 5000 charge–discharge cycles.
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