Triggering High Capacity and Superior Reversibility of Manganese Oxides Cathode via Magnesium Modulation for Zn//MnO2 Batteries

材料科学 阴极 调制(音乐) 化学工程 氧化锰 无机化学 冶金 化学 物理化学 美学 工程类 哲学
作者
Jiajia Xia,Yurong Zhou,Jian Zhang,Tianyu Lu,Wenbin Gong,Dengsong Zhang,Xiaona Wang,Jiangtao Di
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (37) 被引量:67
标识
DOI:10.1002/smll.202301906
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) have attracted extensive attention in recent years because of its high volumetric energy density, the abundance of zinc resources, and safety. However, ZIBs still suffer from poor reversibility and sluggish kinetics derived from the unstable cathodic structure and the strong electrostatic interactions between bivalent Zn2+ and cathodes. Herein, magnesium doping into layered manganese dioxide (Mg-MnO2 ) via a simple hydrothermal method as cathode materials for ZIBs is proposed. The interconnected nanoflakes of Mg-MnO2 possess a larger specific surface area compared to pristine δ-MnO2 , providing more electroactive sites and boosting the capacity of batteries. The ion diffusion coefficients of Mg-MnO2 can be enhanced due to the improved electrical conductivity by doped cations and oxygen vacancies in MnO2 lattices. The assembled Zn//Mg-MnO2 battery delivers a high specific capacity of 370 mAh g-1 at a current density of 0.6 A g-1 . Furthermore, the reaction mechanism confirms that Zn2+ insertion occurred after a few cycles of activation reactions. Most important, the reversible redox reaction between Zn2+ and MnOOH is found after several charge-discharge processes, promoting capacity and stability. It believes that this systematic research enlightens the design of high-performance of ZIBs and facilitates the practical application of Zn//MnO2 batteries.
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