A comparative study on the structural, chemical, morphological and electrochemical properties of α-MnO2, β-MnO2 and δ-MnO2 as cathode materials in aqueous zinc-ion batteries

电化学 阴极 水溶液 离子 材料科学 冶金 无机化学 化学 电极 物理化学 有机化学
作者
Basil Chacko,W. Madhuri
出处
期刊:Materials for renewable and sustainable energy [Springer Nature]
卷期号:14 (1)
标识
DOI:10.1007/s40243-024-00281-8
摘要

Abstract Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are considered to be highly promising electrochemical energy storage device due to their affordability, inherent safety, large zinc resources, and optimal specific capacity. Among various cathode materials, manganese dioxide (MnO 2 ) stands out for its high voltage, environmental benignity, and theoretical specific capacity. This study systematically investigates the phase formation and structural parameters of α-MnO 2 , β-MnO 2 , and δ-MnO 2 synthesized via hydrothermal method, employing Rietveld refinement. FTIR and Raman spectroscopy confirms Mn-O and O-H bond formation. BET analysis reveals surface areas, and pore size distribution is calculated with BJH method. High-resolution XPS spectra exhibit a spin energy split of ~ 11.9 eV for Mn 2p confirming the presence of MnO 2 . Electrochemical studies shows an initial discharge capacities of 230.5, 188.74 and 263.30 mAh g − 1 at 0.1 A g − 1 for α-MnO 2 , β-MnO 2 and δ-MnO 2 . The EIS spectra revealed the capacitive behaviour and electrode reaction kinetics where a R cT value of 484.14, 327.6, 162.5 Ω for α-MnO 2 , β-MnO 2 and δ-MnO 2 . These study give insights into relation of various properties of MnO 2 with electrochemical performance and its viability in grid storage applications. Graphical Abstract

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