Modulating the Proton‐Conducting Lanes in Spinel ZnMn2O4 through Off‐Stoichiometry

化学计量学 尖晶石 材料科学 质子 插层(化学) 质子输运 水溶液 离子 阴极 无机化学 化学物理 物理化学 冶金 物理 化学 有机化学 量子力学
作者
Runzhi Qin,Shouxiang Ding,Chenxin Hou,Lele Liu,Yuetao Wang,Wenguang Zhao,Lu Yao,Yuanlong Shao,Ruqiang Zou,Qinghe Zhao,Shunning Li,Feng Pan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (20) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/aenm.202203915
摘要

Abstract The intercalation of protons represents a notable component for energy storage in aqueous zinc‐ion batteries. However, the mechanism of proton transport in metal oxide cathodes, especially related to how the cation distribution modulates the proton‐conducting lanes, remains far from consensus due to the lack of suitable model materials. Here, taking spinel ZnMn 2 O 4 cathode as a prototype, it is disclosed that a deficiency of one half of lattice Zn ions can triple its specific capacity at high rates, which is predominantly contributed by proton storage. This promotion can be rationalized by the emergence of facile concerted proton transport in the Zn‐deficient sample, contrasting with the stoichiometric one, where proton intercalation undergoes a slow consecutive process. Furthermore, the restricted Zn motion in spinel phase causes high structural stability during cycling, preventing the recombination of external Zn ions with Zn vacant sites that readily accommodate protons. This work highlights the key role of controlled off‐stoichiometry in optimizing proton transport and storage for aqueous batteries.
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