Crystallographic types depended energy storage mechanism for zinc storage

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作者
Yirong Zhu,Wenping Zhong,Wenhao Chen,Zhongliang Hu,Yujia Xie,Wentao Deng,Hongshuai Hou,Guoqiang Zou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:125: 109524-109524 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109524
摘要

As a new type cathode material for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs), manganese-based sulfides have gradually received researchers' concern in recent years due to their lower electronegativity, higher electronic conductivity and better electrochemical activity compared with the corresponding manganese-based oxides. However, the revelation of energy storage mechanism for manganese-based sulfides is full of great challenges, which largely restricts their application. Herein, inspired by density functional theory calculations, we design and synthesize the γ-MnS and α-MnS hollow microspheres with different crystallographic types for the first time, delivering significantly different energy storage mechanisms of the two MnS electrodes. Impressively, the γ-MnS electrode can stably exist and store energy during the whole charging/discharging processes, while the α-MnS electrode first undergoes irreversible in situ oxidation to generate ZnMnO3/MnOx during the initial charging process, and then the reversible H+/Zn2+ co-insertion/extraction energy storage behavior occurs during the subsequent discharging/charging processes. This unique phase transition mechanism caused by in situ electrochemical oxidation enables the α-MnS electrode to achieve enhanced ion diffusion kinetics, thereby improving the rate capability and cyclic stability. This work not only enriches the energy storage mechanism of manganese-based sulfide cathodes, but also offers research ideas for the design and development of advanced manganese-based cathodes.
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