Three‐Dimensional Conductive Interface and Tip Structure of MnO2 Electrode Facilitate Superior Zinc Ion Batteries

电极 导电体 材料科学 接口(物质) 离子 光电子学 纳米技术 化学 复合材料 冶金 物理化学 有机化学 毛细管数 毛细管作用
作者
Xingchen Zhou,Shengjie Chen,Yanhua Zhang,Baozhu Yu,Yuanzhen Chen,Yongning Liu,Sai Li,Liting Liu,Hui Jin,Junkai Deng,Qiang Tan
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:5 (8) 被引量:34
标识
DOI:10.1002/sstr.202400057
摘要

Manganese dioxide has been significantly utilized in zinc ion batteries (ZIBs). However, in the rechargeable battery system, the manganese dioxide cathode suffers from poor conductivity, volume expansion, and substance dissolution, resulting in low capacity and poor stability. Herein, a 3D frame structure MnO 2 @CNTs cathode is proposed. In this system, the electrodeposited spherical MnO 2 is anchored and interlinked via the in‐situ growth carbon nanotubes (CNTs) onto the carbon cloth. Benefiting the unique 3D frame structure, the MnO 2 structure crush problem and the pathway of the electrons and ions are dramatically improved. The optimized MnO 2 @CNTs cathode demonstrate a high capacity of 256.35 mAh g −1 at 0.1 A g −1 and exceptional cycling stability. Furthermore, in‐situ Raman spectroscopy elucidates the energy storage mechanism of aqueous ZIBs (AZIBs). Moreover, COMSOL finite elements analysis demonstrates that the petal edge‐rich nanostructures of MnO 2 @CNTs generate a localized high electric field under constant current, accelerating ion/electron transfer. This work explains the rationale for CNTs to improve the properties of MnO 2 cathodes, providing a new perspective for the design of high‐performance batteries.
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