Layered MnO2 nanodots as high-rate and stable cathode materials for aqueous zinc-ion storage

材料科学 阴极 纳米点 电化学 储能 水溶液 化学工程 离子 纳米技术 电极 电气工程 物理化学 物理 工程类 功率(物理) 量子力学 化学
作者
Heng Tang,Wenhao Chen,Na Li,Zhongliang Hu,Xiao Li,Yujia Xie,Liujiang Xi,Ling Ni,Yirong Zhu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:48: 335-343 被引量:245
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.03.042
摘要

MnO2 has recently received great concern as a cathode material for zinc-based energy storage owing to its many advantages. Unfortunately, the low rate capability and poor cyclability hinder its practical application. Herein, novel layered MnO2 nanodots (δ-MnO2 NDs) are synthesized by a facile redox reaction, and utilized as the cathode for aqueous zinc-ion batteries/hybrid capacitors (ZIBs/ZICs) for the first time. Benefiting from the layered structure and nanoscale size, the δ-MnO2 NDs//Zn ZIBs display a considerable specific capacity of 335 mAh g–1 at 0.1 A g–1, an impressive rate capacity of 125 mAh g–1 at 2.0 A g–1, a large specific energy (466.7 Wh kg–1 at 139 W kg–1), and a superior durability with 86.2% capacity retention after 1000 cycles at 1.0 A g–1. Further, the H+/Zn2+ co-insertion energy storage mechanism of the δ-MnO2 NDs cathode is verified by electrochemical kinetics analyses and ex-situ characterizations. Simultaneously, the novel ZICs based on δ-MnO2 NDs cathode exhibit a high specific energy of 68.7 Wh kg–1 and a satisfactory cycle life with 86.9% capacity retention after 5000 cycles at 1.0 A g–1. The quantization design strategy opens a new gateway for the design and exploitation of advanced cathodes for aqueous ZIBs and ZICs.
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