A Nanoparticle ZnMn2O4/Graphene Composite Cathode Doubles the Reversible Capacity in an Aqueous Zn‐Ion Battery

材料科学 石墨烯 水溶液 复合数 纳米颗粒 阴极 离子 电池(电) 化学工程 纳米技术 无机化学 复合材料 物理化学 热力学 有机化学 功率(物理) 化学 物理 工程类
作者
Yuto Katsuyama,Chie Ooka,Ruijie Zhu,Reona Iimura,Masaki Matsui,Richard B. Kaner,Itaru Honma,Hiroaki Kobayashi
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (40) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/adfm.202405551
摘要

Abstract Zinc‐ion batteries (ZIBs) are promising grid‐scale energy storage devices owing to their low cost, high energy/power densities, high safety, benign environmental impact, etc. Among various cathode materials, ZnMn 2 O 4 spinel has attracted attention because of its high theoretical capacity (448 mAh g −1 ) associated with the two‐electron redox reaction of Mn ions (2+/4+), a higher voltage (≈1.4 V vs Zn/Zn 2+ ) than V 2 O 5 ‐based cathodes (≈1.0 V), and better cyclability among manganese oxide‐based cathodes. However, so far only the one‐electron reaction of Mn ions is used with ZnMn 2 O 4 spinel (≈224 mAh g −1 ), impairing its attractive features. In this study, the two‐electron reaction is successfully enabled by synthesizing ultrasmall ZnMn 2 O 4 spinel nanoparticles (≈5 nm) composited with graphene (US‐ZMO/G) via a rapid room‐temperature alcohol reduction process, achieving the reversible capacity of 445 mAh g −1 at the second cycle. As far as it is known, the US‐ZMO/G composite achieves the highest gravimetric energy/power densities among cathodes for ZIBs. The combination of high capacity and high voltage enables an outstanding energy density approaching that of lithium‐ion batteries.
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