The Utilization of Ionic Liquid in Aqueous Electrolyte with Nitrogen and Sulfur Co-Doped Reduced Graphene Oxide Combination with Carbon Nanotubes for Improving Charge Storage and Long-Life Zinc Ion Batteries

石墨烯 离子液体 硫黄 电解质 无机化学 氧化物 材料科学 碳纤维 氮气 碳纳米管 离子 化学 纳米技术 电极 冶金 催化作用 有机化学 复合数 物理化学 复合材料
作者
Chatwarin Poochai,Tanaporn Kongthong,Jaruwit Lohitkarn,Nattida Maeboonruan,Sukanya Pothaya,Yaowamarn Chuminjak,Rongrong Cheacharoen,Soorathep Kheawhom,Adisorn Tuantranont,Pimpa Limthongkul,Chakrit Sriprachuabwong
标识
DOI:10.2139/ssrn.4835923
摘要

Rechargeable aqueous Zn||MnO2 batteries are promising alternatives to lithium-ion batteries because of their safety, environmental friendliness, recyclable, and low cost. However, unstable pure α-MnO2 causes poor practical performance and a short life cycle. In this work, firstly, we design and synthesize α-MnO2 nanofibers and nitrogen and sulfur co-doped reduced graphene oxide (N&S-rGO) using a simple hydrothermal process. Then, α-MnO2 /N&S-rGO/CNT composite was fabricated using a ball milling process as a cathode material for zinc ion batteries (ZIBs). Secondly, we modified the water-based electrolyte by adding 1-ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate ([EMIM][SO4]) to improve the cycle stability by suppressing zinc dendrite of ZIBs. As a result, the electrochemical performances of ZIBs using α-MnO2 /N&S-rGO/CNT with 5% (w/v) [EMIM][SO4] containing aqueous electrolyte possessed a high specific capacity, reaching 110 mAh g-1 at 25 mAg-1. In addition, the excellent cycle life at 150 mA g-1 exhibited by the utilization of 5–15% [EMIM][SO4] in aqueous electrolyte could be extended to 1000 cycles. The cylindrical cell ZIB achieved a discharge capacity of 80.2 mAh at 100 mA and maintained a capacitive retention of 70% over 150 cycles at 300 mA. The findings open the way to ZIBs' practical application.

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