Synthesis of Nitrogen‐Doped KMn8O16 with Oxygen Vacancy for Stable Zinc‐Ion Batteries

阴极 空位缺陷 材料科学 溶解 电导率 氧气 兴奋剂 水溶液 离子 化学工程 无机化学 化学 结晶学 物理化学 光电子学 工程类 有机化学
作者
Guodong Cui,Yinxiang Zeng,Jinfang Wu,Yan Guo,Xiaojun Gu,Xiong Wen Lou
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (10): e2106067-e2106067 被引量:123
标识
DOI:10.1002/advs.202106067
摘要

Abstract The development of MnO 2 as a cathode for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) is severely limited by the low intrinsic electrical conductivity and unstable crystal structure. Herein, a multifunctional modification strategy is proposed to construct N‐doped KMn 8 O 16 with abundant oxygen vacancy and large specific surface area (named as N‐KMO) through a facile one‐step hydrothermal approach. The synergetic effects of N‐doping, oxygen vacancy, and porous structure in N‐KMO can effectively suppress the dissolution of manganese ions, and promote ion diffusion and electron conduction. As a result, the N‐KMO cathode exhibits dramatically improved stability and reaction kinetics, superior to the pristine MnO 2 and MnO 2 with only oxygen vacancy. Remarkably, the N‐KMO cathode delivers a high reversible capacity of 262 mAh g −1 after 2500 cycles at 1 A g −1 with a capacity retention of 91%. Simultaneously, the highest specific capacity can reach 298 mAh g −1 at 0.1 A g −1 . Theoretical calculations reveal that the oxygen vacancy and N‐doping can improve the electrical conductivity of MnO 2 and thus account for the outstanding rate performance. Moreover, ex situ characterizations indicate that the energy storage mechanism of the N‐KMO cathode is mainly a H + and Zn 2+ co‐insertion/extraction process.
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