水系電池因其成本效益和安全性非常適合大容量的能量存儲。鋅電極由于具有較低的平衡電位和較高的交換電流密度，使水鋅離子電池(ZIBs)成為一種非常有前途的儲能裝置。ZIBs的進步取決于復(fù)雜的正極材料的開發(fā)和生產(chǎn)，這些正極材料與鋅陽極匹配，并表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能。本文通過將Mn - MOFs直接錨定在還原氧化石墨烯(rGO)片上，然后在氬氣和氫氣氣氛中熱處理，合成了MnO/C@rGO復(fù)合材料。作為ZIBs的陰極，氧化石墨烯促進了小尺寸納米顆粒的生成，并將包裹在碳層中的MnO固定在氧化石墨烯薄片上，這樣不僅可以減緩錳的溶解速度，還可以提高電導(dǎo)率。這些特性使MnO/C@rGO陰極具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性(在2 A g
-1下1200次循環(huán)后容量保持85.1%)和倍率性能(在0.2 A g
-1下318.7 mAh g
-1)。這一研究成果將為基于MOFs的ZIBs陽極的設(shè)計和制備提供新的方向。
圖1. a) MnO/C@rGO復(fù)合材料制備示意圖。b、c) MnO/C@rGO的SEM圖像。d, e, f) MnO/C@rGO的HRTEM圖。g) MnO/C@rGO的SEM顯微圖和EDS圖。h) MnO/C和MnO/C@rGO的XRD譜圖。i) GO和MnO/C@rGO的拉曼光譜。j)空氣氣氛下MnO/C和MnO/C@rGO的TG曲線。
圖2. MnO/C@rGO復(fù)合材料的XPS光譜:a)測量光譜和高分辨率光譜，b) Mn 2p, c) C 1s, d) O 1s光譜。
圖3. a) 0.8 mV s
-1時的CV曲線和b) 0.2 A g
-1時MnO/C@rGO電極的充放電曲線。c)不同電流密度下MnO/C@rGO的GCD曲線。d)速率性能比較。e) MnO/C@rGO與其他錳基陰極的性能比較。f) 0.2 A g
-1下MnO/C@rGO和MnO/C的循環(huán)測試和庫侖效率。g) MnO/C@rGO和MnO/C陰極在2A g
-1下的循環(huán)性能
圖4. a)不同掃描速率下MnO/C@rGO的CV曲線。b) CV曲線峰值的lg (i) vs. lg (v)圖。c)電容貢獻。d)GITT曲線。e) MnO/C@rGO的Zn
2+擴散系數(shù); f)循環(huán)過程中GITT曲線選擇步。g) MnO框架中Zn
2+的插入/提取示意圖。h) MnO/C@rGO和MnO/C的環(huán)境影響評估報告。
圖5. a)非原位XRD測試。b)完全充放電時的XPS光譜。c)充、放電后MnO/C@rGO的HRTEM圖像。d) MnO/ C@rGO在完全充放電狀態(tài)下的EDS圖像。
圖6. a) ZIBs鋅儲存機理圖。b) MnO/C@rGO陰極組裝電池裝置點亮LED。
相關(guān)研究成果由青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院石墨烯應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新研究院Hongjie Zhang 等人于2024年發(fā)表在Journal of Energy Storage (https://doi.org/10.1016/j.est.2024.111331)上。原文：In situ synthesis of MnO/C nanoparticles anchored on reduced graphene oxide as high-performance zinc ion battery cathode with enhanced zinc storage performance
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
