Hydroxylation strategy unlocking multi-redox reaction of manganese hexacyanoferrate for aqueous zinc-ion battery

氧化还原 羟基化 化学 水溶液 普鲁士蓝 半反应 阴极 无机化学 密度泛函理论 电化学 电池(电) 有机化学 电极 计算化学 功率(物理) 物理化学 物理 量子力学
作者
Yicheng Tan,Hang Yang,Chenglin Miao,Yiming Zhang,Duo Chen,Guangshe Li,Wei Han
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:457: 141323-141323 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141323
摘要

Prussian blue analogues (PBAs), as one of the most promising cathodes due to their open framework and high working voltage (∼1.75 V vs Zn/Zn2+) for rechargeable aqueous zinc ion batteries (RAZIBs), commonly suffer from poor reversible capacity owing to single redox center. Here, a hydroxylation strategy is proposed for activating inactive redox pair of Mn(II)/Mn(III) in manganese hexacyanoferrate (MnHCF) to supply extra capacity. As a result, OH − rich MnHCF cathode renders a high discharge capacity of 136.1 mAh/g (at 100 mA g−1) and a considerable energy density of 228.8 Wh kg−1 benefiting from the unlocked multi-redox reaction, which is much better than the OH − poor MnHCF (58.3 mAh/g and 52.6 Wh kg−1, respectively). Furthermore, the abundant hydroxyl in OH-rich MnHCF can continuously activate the multi-redox centers to provide high capacity in the subsequent cycles. Density functional theory (DFT) calculation reveals that abundant hydroxyl functional group favors to capture Zn2+ on the sites near Mn atoms, thereby facilitating the activation of Mn-redox reaction. This study offers new opportunities for exploiting cathodes with both high working voltage and discharge capacity for RAZIBs.
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