Anchoring MnO2 on nitrogen-doped porous carbon nanosheets as flexible arrays cathodes for advanced rechargeable Zn–MnO2 batteries

材料科学 阴极 阳极 电解质 碳纤维 化学工程 多孔性 电池(电) 复合数 热液循环 储能 纳米技术 电极 复合材料 功率(物理) 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Yan Zhang,Shengjue Deng,Yahao Li,Bo Liu,Guoxiang Pan,Qi Liu,Xiuli Wang,Xinhui Xia,J.P. Tu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:29: 52-59 被引量:165
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2020.04.003
摘要

Controllable construction of advanced Mn-based cathodes is of great importance for the development of flexible rechargeable Zn-MnO2 batteries. Herein we report an effective flexible composite strategy to construct integrated arrays cathodes by rationally anchoring active MnO2 on novel N-doped porous carbon nanosheets (N-CNSs) arrays grown on carbon cloth. Typically, hydrothermal-synthesized MnO2 nanoflakes are strongly anchored on the conductive N-CNSs skeleton forming flexible [email protected]2 core/shell arrays. Interestingly, active Zn anode is also compatible with N-CNSs skeleton forming flexible integrated anode. Positive effects are demonstrated in the above [email protected]2 core/shell arrays including good flexibility, high electrical conductivity, large porosity & specific surface area, and strong mechanical stability. Accordingly, the Zn ion storage kinetics is optimized in the obtained [email protected]2 cathodes, which can deliver a high capacity of 303.7 ​mAh g−1 ​at 0.2 ​A ​g−1 and superior long-term lifespan (91.6% retention after 1800 cycles at 2 ​A ​g−1) in aqueous electrolyte. More importantly, the as-assembled flexible quasi-solid-state [email protected]2//[email protected] battery can exhibit a high energy density of 150.6 ​Wh kg−1 with a power density of 7.9 ​kW ​kg−1. Our work shows a novel carbon-based flexible design for construction of high-performance Zn-MnO2 devices.
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