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Unlocking the intrinsic mechanisms of A-site K/Na doped perovskite fluorides pseudocapacitive cathode materials for enhanced aqueous zinc-based batteries

材料科学 电化学 水溶液 兴奋剂 无定形固体 阴极 钙钛矿(结构) 无机化学 电池(电) 化学工程 电极 物理化学 结晶学 化学 光电子学 工程类 冶金 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Yi Li,Rui Ding,Ziyang Jia,Wujiang Yu,Ailin Wang,Miao Liu,Feng Yang,Yuzhen Zhang,Qi Fang,Miao Yan,Jinmei Xie,Xiujuan Sun,Enhui Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:57: 334-345 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.02.020
摘要

Here, we explored an A-site K/Na doped Ni-Co-Zn-Mn multimetallic perovskite fluoride (ABF3) electrode material (denoted as K/Na(3/1)-NCZMF) and applied it in an advanced aqueous zinc-based battery (AZB) energy storage system. This work mainly clarifies the intrinsic reasons for positive effect of A-site K/Na doping on the performance of ABF3 materials by comparing three materials K-NCZMF, Na-NCZMF and K/Na(3/1)-NCZMF via the electrochemical tests and density functional theory (DFT) calculations, largely owing to the superior pseudocapacitive contribution, adsorption of OH− and charge transfer ability of surface redox-active Ni/Co/Mn atoms by A-site K/Na doping of the ABF3 materials. Further, a typical bulk phase conversion mechanism of K/Na(3/1)-NCZMF electrode material in alkaline solution is deeply revealed via various ex-situ characterizations, which verifies that the crystalline K/Na(3/1)-NCZMF ABF3 material is converted into amorphous metal (hydro)oxides/oxyhydroxides via bulk reaction after charge/discharge in alkaline medium. In conclusion, this work reveals the charge storage mechanism and structure-activity relationship of A-site doped ABF3 cathode materials for aqueous zinc-based batteries, providing new ideas and inspiration for the further development of high-efficiency aqueous energy storage devices.
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