Open‐Structured Zinc Hydroxide Sulfate Formation via Integrated Cathode Design Enabling Highly Reversible Ah‐Level Zn‐MnO 2 Batteries

材料科学 阴极 化学工程 氢氧化物 阳极 兴奋剂 吸附 水溶液 纳米团簇 电极 惰性 无机化学 扩散 纳米技术 空位缺陷 硫酸盐 电导率 纳米颗粒 溅射 光电子学 氧化物
作者
Weijie Qiu,Weijie Fan,Reem F. Alshehri,Mohamed H. Helal,Zeinhom M. El‐Bahy,Zequan Zhao,Hongwei Fu,J Zhou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71141
摘要

ABSTRACT The practical deployment of Ah‐level aqueous Zn‐MnO 2 batteries (AZMBs) is hindered by the rampant deposition of insulating zinc hydroxide sulfate (Zn 4 SO 4 (OH) 6 · x H 2 O, ZHS). Due to the inhomogeneous consumption of additives, conventional strategies for ZHS suppression exhibit limited effectiveness in scaled‐up systems, making the goal of complete ZHS elimination both impractical and unnecessary. Herein, a practical paradigm shift from ZHS inhibition to morphological management is presented. A Bi 2 O 3 ‐modified MnO 2 cathode (20BEMD) is synthesized via a one‐step high‐energy ball milling (HEBM) process. Electrochemically inert Bi 2 O 3 regulates the interfacial environment through weak adsorption of SO 4 2− , promoting a sparse ZHS growth that lowers charge transfer resistance. Simultaneously, Bi 3+ doping is achieved through the HEBM process, resulting in bandgap narrowing and oxygen vacancy generation, which enhances electrical conductivity and ion diffusion kinetics. The optimized 20BEMD cathode delivers a reversible capacity of 338.2 mAh g −1 at 0.1 A g −1 , and maintains 90% capacity retention after 500 cycles at 0.5 A g −1 . An Ah‐level pouch cell demonstrates stable operation over 22 days in deep charge/discharge operation, and exhibits practical applicability in photovoltaic energy storage, supporting the feasibility of this approach for scalable AZMBs.
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