Desentrañando la química redox aniónica en baterías de Zn‐MnO2 acuosas

Resumen La activación de la reacción redox aniónica (ARR) ha atraído un gran interés en baterías de iones de Li/Na debido a la fascinante capacidad adicional a altas tensiones de operación. Sin embargo, la ARR rara vez se ha reportado en baterías de iones de zinc acuosas (AZIBs) y su posibilidad en los cátodos basados en MnO2 populares no ha sido explorada. En este trabajo, se preparan las novedosas micro‐nano esferas de MnO2 deficientes en manganeso con "pilares de Ca2+" intercalados (CaMnO‐140) a través de un método hidrotermal a baja temperatura (140 °C), donde las vacantes de Mn pueden desencadenar la ARR al crear estados O 2p no enlazantes, el Ca2+ pre‐intercalado puede reforzar la estructura en capas y suprimir la liberación de oxígeno de la red al formar configuraciones Ca−O. El cátodo CaMnO‐140 diseñado demuestra una capacidad de tasa sin precedentes (485.4 mAh g −1 a 0.1 A g −1 con 154.5 mAh g −1 a 10 A g −1) y una maravillosa durabilidad de ciclo a largo plazo (90.6 % de retención de capacidad durante 5000 ciclos) en AZIBs. La química redox de oxígeno reversible acompañada de la absorción/liberación de CF3SO3− (del electrolito), y la redox de manganeso acompañada de la co‐inserción/extracción de H+/Zn2+, se elucidaron mediante caracterizaciones avanzadas de sincrotrón y cálculos teóricos. Finalmente, las baterías de tipo pouch CaMnO‐140//Zn manifiestan brillantes perspectivas de aplicación con alta energía, larga vida, adaptabilidad a amplios rangos de temperatura y alta seguridad operativa. Este estudio proporciona nuevas perspectivas para el desarrollo de cátodos de alta energía para AZIBs al iniciar la química redox aniónica.