Mn2+ Ions Confined by Electrode Microskin for Aqueous Battery beyond Intercalation Capacity

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作者
Yu Liu,Jian Zhi,Mina Sedighi,Mei Han,Qiuyu Shi,Yan Wu,Pu Chen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (42) 被引量:37
标识
DOI:10.1002/aenm.202002578
摘要

Abstract In aqueous rechargeable zinc–manganese dioxide batteries (ZMBs), some irreversible side reactions, such as Mn 2+ dissolution, often lead to capacity fading over cycling. These side reactions play a crucial role in the capacity and cycle performance of the battery. The implementation of a bionic electrode microskin (EMS) composed of collagen hydrolysate to convert the irreversible side reactions into reversible reactions is reported. The proposed EMS effectively adsorbs and confines the Mn 2+ ions around the cathode through van der Waals forces, hydrogen bonds, and/or ionic interactions, which makes the MnO 2 /Mn 2+ reactions reversible during the charge/discharge process. Such Mn 2+ dissolution reactions, with an ultrahigh theoretical capacity (617 mAh g ‐1 ), contribute a large amount of capacity, ≈44% of the total specific capacity at a low scan rate. Based on these fundamental findings, the assembled ZMBs with an EMS display an unprecedented discharge capacity of 415 mAh g ‐1 at 20 mA g ‐1 , which overcomes the theoretical capacity (308 mAh g ‐1 ) limitation of the Zn 2+ intercalation mechanism. More significantly, the EMS on all α‐, β‐, and γ‐MnO 2 cathodes exhibits similar high capacity beyond the theoretical capacity of Zn intercalation and capacity retention enhancement after 3000 cycles.
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