Tuning Proton Insertion Chemistry for Sustainable Aqueous Zinc‐Ion Batteries

阴极 材料科学 水溶液 化学工程 溶解 阳极 共沉淀 相(物质) 电极 无机化学 冶金 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Gyutae Nam,Chihyun Hwang,Haeseong Jang,Nicholas Kane,Yoojin Ahn,Myung‐Jun Kwak,Zheyu Luo,Tongtong Li,Min Kim,Nian Liu,Meilin Liu
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202306919
摘要

Abstract Rechargeable aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) have emerged as an alternative to lithium‐ion batteries due to their affordability and high level of safety. However, their commercialization is hindered by the low mass loading and irreversible structural changes of the cathode materials during cycling. Here, a disordered phase of a manganese nickel cobalt dioxide cathode material derived from wastewater via a coprecipitation process is reported. When used as the cathode for aqueous ZIBs , the developed electrode delivers 98% capacity retention at a current density of 0.1 A g −1 and 72% capacity retention at 1 A g −1 while maintaining high mass loading (15 mg cm −2 ). The high performance is attributed to the structural stability of the Co and Ni codoped phase; the dopants effectively suppress Jahn–Teller distortion of the manganese dioxide during cycling, as revealed by operando X‐ray absorption spectroscopy. Also, it is found that the Co and Ni co‐doped phase effectively inhibits the dissolution of Mn 2+ , resulting in enhanced durability without capacity decay at first 20 cycles. Further, it is found that the performance of the electrode is sensitive to the ratio of Ni to Co, providing important insight into rational design of more efficient cathode materials for low‐cost, sustainable, rechargeable aqueous ZIBs.
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