MOF-Based Construction of Oxygen Vacancies ZnMn2O4 for Superior Zinc Storage

材料科学 歧化 阴极 电化学 溶解 三元运算 化学工程 储能 析氧 冶金 纳米技术 电极 催化作用 物理化学 化学 热力学 计算机科学 功率(物理) 工程类 物理 程序设计语言 生物化学
作者
Minxiang Jiang,Qi Qin,Jing Li,Min Zeng
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (9): 13997-14007 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsami.4c21190
摘要

Manganese-based oxides are widely used as cathode materials for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) due to their high theoretical specific capacity, abundant reserves, and high operating voltage. However, their practical applications are limited by inherent issues such as active material dissolution, structural collapseor changes, and slow reaction kinetics. In this study, a cathode material for zinc batteries, ZnO–ZnMn2O4 (MZ), is synthesized based on a metal–organic framework (MOF). Synergistic strategies involving atomic composition modulation and defect engineering are employed to address the inherent issues of ZnMn2O4, stabilize the material structure, inhibit the disproportionation of Mn3+, and reduce the Jahn–Teller effect. Additionally, the material benefits from enhanced oxygen vacancies and a smaller particle size, which promote faster reaction kinetics. Electrochemical tests show that MZ-550 delivers a high specific capacity of 314.5 mA h g–1 at 100 mA g–1 and cycling stability, with a capacity retention of 96.6% after 1500 cycles at 1000 mA g–1. In addition, the material demonstrates outstanding electrochemical performance under extreme conditions, with specific capacities of 86.4 mA h g–1 at −20 °C and 331.1 mA h g–1 at 40 °C. This study provides insights for the development of high-performance cathode materials for ZIBs in advanced energy storage systems.
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