Disproportionation enabling reversible MnO2/Mn2+ transformation in a mild aqueous Zn-MnO2 hybrid battery

歧化 溶解 水溶液 电化学 阴极 电池(电) 无机化学 化学 材料科学 电解质 电极 催化作用 物理化学 有机化学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Huizhen Lv,Yu Song,Zengming Qin,Mingyue Zhang,Duo Yang,Qing Pan,Zhihui Wang,Xinjian Mu,Jianming Meng,Xiaoqi Sun,Xiaoxia Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:430: 133064-133064 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133064
摘要

The disproportionation of the Jahn-Teller (J-T) active manganese oxides (Mn3+) often leads to uncontrollable Mn2+ dissolution, which has been identified as one of the major causes of the performance degradation in conventional Zn-MnO2 batteries. Herein, we use the “unwanted” disproportionation of the Mn3+ cations to realize effective MnO2/Mn2+ transformation, achieving high specific capacity (550 mAh g−1) and good cycling stability (5000 cycles without capacity decay) in a Zn-MnO2 hybrid battery with mild aqueous electrolytes. Mechanism study shows that MnO2 is deposited on the cathode during charging, H+/Zn2+ insertion and disproportionation occur sequentially during discharging, leading to Mn2+ dissolution. The generated high-valence manganese oxides via disproportionation further experience reduction-disproportionation-dissolution, which proceeds repeatedly in the expanded discharge potential to 0 V vs. Zn2+/Zn, resulting in the complete dissolution of the cathodic materials. Our results provide the fundamental understanding on the controversial mechanisms of Zn-MnO2 batteries with mild aqueous electrolytes and highlight the effect of disproportionation in pushing the electrochemical performance of the promising Zn-MnO2 hybrid batteries.
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