A Static Tin–Manganese Battery with 30000-Cycle Lifespan Based on Stabilized Mn3+/Mn2+ Redox Chemistry

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作者
Xuejin Li,Yongchao Tang,Cuiping Han,Zhiquan Wei,Haodong Fan,Haiming Lv,Tonghui Cai,Yongpeng Cui,Wei Xing,Zifeng Yan,Chunyi Zhi,Hongfei Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:17 (5): 5083-5094 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c00242
摘要

High-potential Mn3+/Mn2+ redox couple (>1.3 V vs SHE) in a static battery system is rarely reported due to the shuttle and disproportionation of Mn3+ in aqueous solutions. Herein, based on reversible stripping/plating of the Sn anode and stabilized Mn2+/Mn3+ redox couple in the cathode, an aqueous Sn–Mn full battery is established in acidic electrolytes. Sn anode exhibits high deposition efficiency, low polarization, and excellent stability in acidic electrolytes. With the help of H+ and a complexing agent, a reversible conversion between Mn2+ and Mn3+ ions takes place on the graphite surface. Pyrophosphate ligand is initially employed to form a protective layer through a complexation process with Sn4+ on the electrode surface, effectively preventing Mn3+ from disproportionation and hindering the uncontrollable diffusion of Mn3+ to electrolytes. Benefiting from the rational design, the full battery delivers satisfied electrochemical performance including a large capacity (0.45 mAh cm–2 at 5 mA cm–2), high discharge plateau voltage (>1.6 V), excellent rate capability (58% retention from 5 to 30 mA cm–2), and superior cycling stability (no decay after 30 000 cycles). The battery design strategy realizes a robustly stable Mn3+/Mn2+ redox reaction, which broadens research into ultrafast acidic battery systems.
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