Hierarchical K‐Birnessite‐MnO2 Carbon Framework for High‐Energy‐Density and Durable Aqueous Zinc‐Ion Battery

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作者
Guolong Wang,Yaling Wang,Boyuan Guan,Jiamei Liu,Yan Zhang,Xiaowei Shi,Cheng Tang,Guohong Li,Yingbo Li,Xiao Wang,Lei Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (45) 被引量:39
标识
DOI:10.1002/smll.202104557
摘要

Abstract MnO 2 ‐based material is one of the most promising cathode candidates of aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs), but its commercialization is hindered by the sluggish reaction kinetics and poor structural stability. Herein, a hierarchical framework consisting of core–shell structured carbon nanotubes@K‐birnessite‐MnO 2 enwrapped by graphene/carbon black bicomponent networks (CNT@KMO@GC) via a simple method for ZIBs is designed and developed. The hierarchical framework characterized with favorable K + preintercalation, δ‐phase, and vertically aligned nanoflake arrays of KMO and 3D electrically conductive network shows the enhanced electronic/ionic conductivity and improved wettability with electrolyte, resulting in the fast charge/mass transport and stable structural stability of CNT@KMO@GC. When used as cathode in ZIBs, CNT@KMO@GC exhibits exciting electrochemical performance with remarkable capacity (405.5 mAh g −1 at 0.30 A g −1 ), high rate performance (166.6 mAh g −1 up to 10.0 A g −1 ), and impressive cycling stability (almost no capacity decay after 2000 cycles and 77.3% retention after 10 000 cycles at 10.0 A g −1 ). The energy storage mechanism of CNT@KMO@GC is clarified as H + /Zn 2+ coinsertion/extraction via electrochemical analysis and ex situ characterization. This study offers an innovative paradigm for the advance of ZIBs.
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