Boosting the Cycling Stability of Aqueous Zinc-Ion Batteries through Nanofibrous Coating of a Bead-like MnOx Cathode

材料科学 阴极 电化学 静电纺丝 化学工程 水溶液 纳米纤维 涂层 氧化还原 电极 纳米技术 复合材料 冶金 聚合物 有机化学 物理化学 化学 工程类
作者
Liyan Ding,Jiechang Gao,Tianran Yan,Cheng Chen,Lo‐Yueh Chang,Nian Zhang,Xuefei Feng,Liang Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (15): 17570-17577 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03170
摘要

Rechargeable aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are close complements to lithium-ion batteries for next-generation grid-scale applications owing to their high specific capacity, low cost, and intrinsic safety. Nevertheless, the viable cathode materials (especially manganese oxides) of AZIBs suffer from poor conductivity and inferior structural stability upon cycling, thereby impeding their practical applications. Herein, a facile synthetic strategy of bead-like manganese oxide coated with carbon nanofibers (MnOx-CNFs) based on electrospinning is reported, which can effectively improve the electron/ion diffusion kinetics and provide robust structural stability. These benefits of MnOx-CNFs are evident in the electrochemical performance metrics, with a long cycling durability (i.e., a capacity retention of 90.6% after 2000 cycles and 71% after 5000 cycles) and an excellent rate capability. Furthermore, the simultaneous insertion of H+/Zn2+ and the Mn redox process at the surface and in the bulk of MnOx-CNFs are clarified in detail. Our present study not only provides a simple avenue for synthesizing high-performance Mn-based cathode materials but also offers unique knowledge on understanding the corresponding electrochemical reaction mechanism for AZIBs.
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