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水系亜鉛イオン電池用正極材料としてのカーボンナノチューブ上のMnOヘテロ構造
MnO Heterostructure on Carbon Nanotubes as Cathode Material for Aqueous Zinc-Ion Batteries.
PMID: 32630149 DOI: 10.3390/ijms21134689.
抄録
費用対効果が高く、安全性が高く、環境にやさしい亜鉛イオン電池（ZIB）が注目されています。二次電池では、正極が重要な役割を果たしています。その中でも酸化マンガン（MnO）は、最も有望な正極材料として広く研究されています。しかし、MnO陰極は、容量が限られている,レート能力が低い,サイクルの安定性が低いなどの課題を抱えている。MnOヘテロ構造は、様々なタイプのエネルギーデバイスにおいて、長期的なサイクル安定性を可能にすることができることがわかっている。ここでは、多層カーボンナノチューブ(MNH-CNT)上にMnOヘテロ構造を調製するための汎用的な化学的方法を報告する。また、合成したMNH-CNTはδ-MnOとγ-MnOから構成されている。MNH-CNT陰極を用いたZIBは、400mA gで236mAh g, 1600mA gで108mAh gの高い初期放電容量と優れたサイクル安定性を実現した。疑似静電容量挙動の調査では、拡散制御されたプロセスを介して、容量性の寄与が少ない亜鉛イオンが高速で拡散することを実証しています。全体として、MNH-CNT陰極は優れた電気化学的性能を示すことがわかった。本研究は、水系ZIBの放電容量とサイクル安定性を向上させるための新たな機会を提供するものである。
Due to their cost effectiveness, high safety, and eco-friendliness, zinc-ion batteries (ZIBs) are receiving much attention nowadays. In the production of rechargeable ZIBs, the cathode plays an important role. Manganese oxide (MnO) is considered the most promising and widely investigated intercalation cathode material. Nonetheless, MnO cathodes are subjected to challenging issues viz. limited capacity, low rate capability and poor cycling stability. It is seen that the MnO heterostructure can enable long-term cycling stability in different types of energy devices. Herein, a versatile chemical method for the preparation of MnO heterostructure on multi-walled carbon nanotubes (MNH-CNT) is reported. Besides, the synthesized MNH-CNT is composed of δ-MnO and γ-MnO. A ZIB using the MNH-CNT cathode delivers a high initial discharge capacity of 236 mAh g at 400 mA g, 108 mAh g at 1600 mA g and excellent cycling stability. A pseudocapacitive behavior investigation demonstrates fast zinc ion diffusion via a diffusion-controlled process with low capacitive contribution. Overall, the MNH-CNT cathode is seen to exhibit superior electrochemical performance. This work presents new opportunities for improving the discharge capacity and cycling stability of aqueous ZIBs.