石墨烯复合δ-MnO2纳米花阴极提升了水系锌离子电池中的锌存储性能和循环稳定性

《ChemistrySelect》：Graphene-Composite δ-MnO2 Nanoflower Cathode Enhances Zinc Storage Performance and Cycling Stability in Aqueous Zinc Ion Batteries

本研究通过将石墨烯引入层状结构的δ-MnO?，采用水热法合成纳米花状复合电极，有效提升了水系锌离子电池的循环稳定性（53.4%）、倍率性能（1 A g?1下142.5 mAh g?1）及电荷存储机制，证实碳材料改性可显著增强AZIBs的能量存储性能。

　　

摘要

MnO₂ 是水系锌离子电池（AZIBs）中最有前景的负极材料，但由于其导电性差、结构不稳定以及锌离子（Zn²⁺）在MnO₂基AZIBs中的迁移速率较慢，这些因素限制了其实际应用。本文将石墨烯（Gr）引入到具有层状结构的δ-MnO₂中，以研究碳材料对δ-MnO₂负极电化学性能的影响。通过一步水热合成方法制备了含有石墨烯的纳米花状δ-MnO₂复合材料。由于引入了石墨烯，δ-MnO₂的循环稳定性、倍率性能和可逆性得到了显著提升。实验结果表明，在0.5 A g^?1的电流密度下，δ-MnO₂-1.5 h/Gr电极的比容量为125 mAh g^?1，容量保持率为53.4%，库仑效率高达99.2%；而在1 A g^?1的较高电流密度下，该电极在1000次循环后的比容量仍能达到142.5 mAh g^?1，远高于δ-MnO₂-1.5 h电极。此外，电化学数据表明δ-MnO₂-1.5 h/Gr电极具有更高的伪电容百分比和最佳的倍率性能。本研究证实，引入碳材料是提高δ-MnO₂在AZIBs中能量存储性能并理解其充放电机制的有效策略。

图形摘要

石墨烯（Gr）的引入显著提高了δ-MnO₂的循环稳定性、倍率性能和可逆性。δ-MnO₂/Gr电极具有更快的离子扩散速率和更高的伪电容占据率，并表现出最佳的倍率性能，从而提升了锌离子水电池的储能性能和循环稳定性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可向相应作者提出合理请求后获取。