Modulating residual ammonium in MnO2 for high-rate aqueous zinc-ion batteries

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作者
Yancheng Fu,Caoer Jia,Zihan Chen,Xiaosheng Zhang,Shuaijie Liang,Zhen Zhai,Ziqi Zhou,Xuying Liu,Linlin Zhang
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (8): 3242-3249 被引量:16
标识
DOI:10.1039/d1nr07406g
摘要

Manganese dioxide (MnO2), as a promising cathode candidate, has attracted great attention in aqueous zinc ion batteries (ZIBs). However, the undesirable dissolution of Mn2+ and the sluggish kinetic reaction are still two challenges to overcome before achieving good cycling stability and high-rate performance of ZIBs. Herein, β-MnO2 with chemically residual NH4+ (NMO) was successfully fabricated by controlling the washing condition and utilized as a cathode in a ZIB. Interestingly, NH4+, as a layer pillar in the tunnel structure of NMO, could enhance its conductivity by changing the chemical structure, contributing to accelerating the kinetics of the charge carrier. Moreover, the residual NH4+ in NMO could stabilize the chemical microstructure through the cationic electrostatic shielding effect and the formation of Mn-O⋯H bonds in NMO, promoting the reversible and successive insertion/extraction of H+/Zn2+ in the ZIB. As a result, the Zn/NMO battery exhibits excellent rate performance (up to 8.0 A g-1) and cycling stability (10 000 cycles). This work will pave the way for the design of cathode materials with nonmetallic doping for high-performance ZIB systems.
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