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
作者单位E-mail
唐晓宁 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025 xntang@gzu.edu.cn 
夏澍 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025  
雷杰 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025  
杨兴富 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025  
罗秋洋 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025  
刘珺楠 贵州大学材料与冶金学院, 贵阳 550025  
薛安 贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵阳 550025 xuean1129@163.com 
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α-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-MnO2的储能机制为H+和Zn2+的共嵌入/脱出过程。
关键词: 水系锌离子电池  二氧化锰  F掺杂  氧缺陷  正极材料
基金项目: 国家自然科学基金(No.22065005)、贵州省基础研究(自然科学)项目(黔科合基础-ZK[2023]一般048)和贵州大学引进人才科研项目(No.202052)资助。
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.
Keywords: aqueous Zn-ion battery  MnO2  F-doped  oxygen vacancy  cathode material
投稿时间:2024-04-29 修订日期:2024-07-22
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唐晓宁,夏澍,雷杰,杨兴富,罗秋洋,刘珺楠,薛安.含氧空位的氟掺杂二氧化锰助力稳定锌离子电池[J].无机化学学报,2024,40(9):1671-1678.
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