缺氧α-MnO₂纳米管/石墨烯/N、P共掺杂多孔碳复合正极材料用于高性能锌离子电池

摘要整理

α-MnO₂基锌离子电池（ZIBs）存在倍率性能差和循环寿命短的主要缺陷。本研究制备了缺氧α-MnO₂纳米管（V_O-α-MnO₂）与石墨烯（G）和N、P共掺杂交联多孔碳纳米片（CNPK）的复合正极材料（V_O-α-MnO₂/CNPK/G），用于先进锌离子电池。引入的氧空位（V_O）可将MnO₂附近Zn²⁺吸附的吉布斯自由能降低至热中性值（约-0.73 eV），表明V_O-α-MnO₂上的Zn²⁺吸附/脱附过程比α-MnO₂更具可逆性。单独的Zn/V_O-α-MnO₂电池可提供305.0 mAh g⁻¹的大容量和408.5 Wh kg⁻¹的高能量密度。优异的储能性能主要归因于氧空位的引入。V_O-α-MnO₂/CNPK/G复合材料具有纳米管阵列结构，由α-MnO₂纳米管在CNPK上的垂直生长形成，这种独特的阵列结构有利于快速离子/电子转移和微观结构稳定性。通过与G和CNPK复合，V_O-α-MnO₂的电化学性能得到全面提升。V_O-α-MnO₂/CNPK/G复合正极可实现405.2 mAh g⁻¹的容量、542.2 Wh kg⁻¹的能量密度，以及优异的循环寿命（2000次循环后容量保持率达80%）。

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