High-performance reversible aqueous zinc-ion battery based on iron-doped alpha-manganese dioxide coated by polypyrrole

聚吡咯 材料科学 阴极 化学工程 插层(化学) 水溶液 复合数 纳米复合材料 无机化学 聚合 化学 电化学 电极 纳米技术 聚合物 复合材料 冶金 有机化学 物理化学 工程类
作者
Junwei Xu,Qing-Li Gao,Yong-Mei Xia,Xian‐Sen Lin,Weiliang Liu,Man-Man Ren,Fangong Kong,Shoujuan Wang,Lin Chen
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:598: 419-429 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2021.04.057
摘要

The development of zinc-ion storage cathode materials for aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) is a necessary step for the construction of large-scale electrochemical energy conversion and storage devices. Iron-doped alpha-manganese dioxide (α-MnO2) nanocomposites were achieved in this study via pre-intercalation of Fe3+ during the formation of α-MnO2 crystals. A polypyrrole (PPy) granular layer was fabricated on the surface of α-MnO2 using acid-catalyzed polymerization of pyrroles. The pre-intercalation of Fe3+ effectively enlarges the lattice spacing of α-MnO2 and consequently decreases the hindrance for Zn2+ insertion/extraction in the iron-doped α-MnO2 coated by PPy (Fe/α-MnO2@PPy) composite. Meanwhile, the PPy buffer layer can ameliorate electron and ion conductivity and prevent dissolution of α-MnO2 during the charge/discharge process. This unique structure makes the Fe/α-MnO2@PPy composite an efficient zinc-ion storage cathode for AZIBs. The targeted Fe/α-MnO2@PPy cathode achieves superior performance with reversible specific capacity (270 mA h g−1 at 100 mA g−1) and exhibits high diffusion coefficient of 10−10–10−14 cm−2 s−1. Therefore, a feasible approach is implemented on advanced electrode materials using in AZIBs for practical applications.
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