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

材料科学 阴极 水溶液 溶解 电解质 化学工程 残余物 微观结构 电化学 三元运算 电导率 电极 冶金 化学 物理化学 计算机科学 工程类 程序设计语言 算法
作者
Yancheng Fu,Caoer Jia,Zihan Chen,Xiaosheng Zhang,Shuaijie Liang,Zhen Zhai,Jinzhou Chen,Xuying Liu,Linlin Zhang
出处
期刊:Nanoscale [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:14 (8): 3242-3249 被引量:17
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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