中山大学Xihong Lu课题组--γ-MnO2纳米棒/石墨烯复合材料作为高级可充电水性锌离子电池的有效正极

Zn//MnO₂水性电池由于具有成本效益、高安全性、高输出电压和能量密度等优点，正成为有前途的大型储能设备。然而，MnO₂正极固有地具有差的倍率性能和快速的容量劣化。在这里，我们通过将MnO₂纳米棒与高导电石墨烯复合来消除障碍，这显著增强了MnO₂阴极的电化学性能。受益于提高的电导率和离子扩散速率以及石墨烯的结构保护，Zn//MnO₂-石墨烯电池在0.5 A g^-1时具有301 mAh g^-1的高容量，这对应于411.6 Wh kg^-1的高能量密度，即使在10 A g^-1的高电流密度下，仍可获得95.8 mAh g^-1的容量，表现出极好的倍率特性。此外，Zn//MnO₂-石墨烯电池可实现15 kW kg^-1的功率密度。

Figure 1. （a）MnO₂和（b）MnO₂-石墨烯样品的SEM图像。MnO₂-石墨烯样品的（c,d）TEM图像，（e,f）SAED模式和（g）能量色散光谱图。

Figure 2. （a）用不同浓度KMnO₄制备的MnO₂-石墨烯电极的充放电曲线。（b）CV曲线；（c）在MnO₂和MnO₂-石墨烯电极的充放电曲线。（d）从放电曲线计算出MnO₂和MnO₂-石墨烯的容量和容量保持率

Figure 3. （a）奈奎斯特图和相应的等效电路图；（b）MnO₂和MnO₂-石墨烯电极的循环性能，以及Zn//MnO₂-石墨烯电池的相应库仑效率。（c）Mn 2p在初始、完全放电和充电状态下的XPS光谱。（d）MnO₂-石墨烯电极在0.5 A g^-1的充放电曲线，以及（e）MnO₂-石墨烯电极的Zn 2p XPS光谱。

Figure 4. Zn//MnO₂-石墨烯电池与其他最近开发的储能设备的Ragone图

相关研究成果于2020年由中山大学Xihong Lu课题组，发表在Journal of Energy Chemistry（2020, 43, 182-187）上。原文：γ-MnO₂ nanorods/graphene composite as efficient cathode for advanced rechargeable aqueous zinc-ion battery。