Activating the MnS0.5Se0.5 Microspheres as High‐Performance Cathode Materials for Aqueous Zinc‐Ion Batteries: Insight into In Situ Electrooxidation Behavior and Energy Storage Mechanisms

材料科学 阴极 结晶度 电化学 化学工程 水溶液 储能 层状结构 电极 离子 热液循环 原位 纳米技术 冶金 复合材料 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类 功率(物理) 有机化学
作者
Chenchen Guo,Ruyi Zhou,Xinru Liu,Ruiying Tang,Wenxin Xi,Yirong Zhu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (15): e2306237-e2306237 被引量:28
标识
DOI:10.1002/smll.202306237
摘要

Manganese-based materials are regarded as the most prospective cathode materials because of their high natural abundance, low toxicity, and high specific capacity. Nevertheless, the low conductivity, poor cycling performance, and controversial energy storage mechanisms hinder their practical application. Here, the MnS0.5Se0.5 microspheres are synthesized by a two-step hydrothermal approach and employed as cathode materials for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) for the first time. Interestingly, in-depth ex situ tests and electrochemical kinetic analyses reveal that MnS0.5Se0.5 is first irreversibly converted into low-crystallinity ZnMnO3 and MnOx by in situ electrooxidation (MnS0.5Se0.5-EOP) during the first charging process, and then a reversible co-insertion/extraction of H+/Zn2+ occurs in the as-obtained MnS0.5Se0.5-EOP electrode during the subsequent discharging and charging processes. Benefiting from the increased surface area, shortened ion transport path, and stable lamellar microsphere structure, the MnS0.5Se0.5-EOP electrodes deliver high reversible capacity (272.8 mAh g-1 at 0.1 A g-1), excellent rate capability (91.8 mAh g-1 at 2 A g-1), and satisfactory cyclic stability (82.1% capacity retention after 500 cycles at 1 A g-1). This study not only provides a powerful impetus for developing new types of manganese-based chalcogenides, but also puts forward a novel perspective for exploring the intrinsic mechanisms of in situ electrooxidation behavior.
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