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的進步取決于復雜的正極材料的開發和生產，這些正極材料與鋅陽極匹配，并表現出出色的電化學性能。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，還可以提高電導率。這些特性使MnO/C@rGO陰極具有良好的循環穩定性(在2 A g
-1下1200次循環后容量保持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陽極的設計和制備提供新的方向。
圖1. a) MnO/C@rGO復合材料制備示意圖。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的循環測試和庫侖效率。g) MnO/C@rGO和MnO/C陰極在2A g
-1下的循環性能
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; f)循環過程中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。
相關研究成果由青島大學材料科學與工程學院石墨烯應用技術創新研究院Hongjie Zhang 等人于2024年發表在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
轉自《石墨烯研究》公眾號
