无机化学学报2024,Vol.40Issue(9) :1671-1678.DOI:10.11862/CJIC.20240149

含氧空位的氟掺杂二氧化锰助力稳定锌离子电池

Fluorine-doped MnO2 with oxygen vacancy for stabilizing Zn-ion batteries

唐晓宁 夏澍 雷杰 杨兴富 罗秋洋 刘珺楠 薛安
无机化学学报2024,Vol.40Issue(9) :1671-1678.DOI:10.11862/CJIC.20240149

含氧空位的氟掺杂二氧化锰助力稳定锌离子电池

Fluorine-doped MnO2 with oxygen vacancy for stabilizing Zn-ion batteries

唐晓宁 1夏澍 1雷杰 1杨兴富 1罗秋洋 1刘珺楠 1薛安2
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作者信息

  • 1. 贵州大学材料与冶金学院,贵阳 550025
  • 2. 贵州师范大学材料与建筑工程学院,贵阳 550025
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摘要

将无机盐NH4F加入到MnO2的前驱体溶液中,通过高效、简单的一步水热法制备了具有氧缺陷的F掺杂a-MnO2纳米棒(记为F-MnO2).氧空位和F掺杂对提高F-MnO2的导电性、促进离子扩散、提高倍率性能起着至关重要的作用.另外,由于F掺杂,形成了F—Mn键,这可以有效地抑制放电产物中Mn3+的Jahn-Teller畸变,从而提高结构的稳定性.得益于这些协同效应,组装的Zn‖F-MnO2全电池在0.5 A·g-1下,首圈放电比容量高达274 mAh·g-1,且具有较长的循环寿命和优异的倍率性能.同时,通过循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)曲线证明了F-MnO,的储能机制为H+和Zn24的共嵌入/脱出过程.

Abstract

Herein,F-doped MnO2 with abundant oxygen vacancy(named F-MnO2)was synthesized by an efficient and simple one-step hydrothermal method.The introduced oxygen vacancy and pre-intercalated F-doping play a vital role in improving the electrical conductivity of F-MnO2 and facilitating ion diffusion,contributing to enhanced rate capability.In addition,the F doping results in the formation of F—Mn bonds,which can effectively inhibit the Jahn-Teller distortion of Mn3+in the discharge product,thus improving the structural stability.Benefiting from these synergic effects,the assembled Zn‖F-MnO2 full battery exhibited a high capacity of 274 mAh·g-1 at 0.5 A·g-1,as well as a long cycle life and superior rate performance.Meanwhile,the energy storage mechanism was proved to be a H+and Zn2+co-insertion/extraction process by cyclic voltammetry(CV)and galvanostatic charge-discharge(GCD)tests.

关键词

水系锌离子电池/二氧化锰/F掺杂/氧缺陷/正极材料

Key words

aqueous Zn-ion battery/MnO2/F-doped/oxygen vacancy/cathode material

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基金项目

国家自然科学基金(22065005)

贵州省基础研究(自然科学)项目(黔科合基础-ZK[2023]一般048)

贵州大学引进人才科研项目(202052)

出版年

2024
无机化学学报
中国化学会

无机化学学报

CSTPCD北大核心
影响因子:0.665
ISSN:1001-4861
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