Diseño Racional de Nanopeapods de MnO/Carbono con Espacio Interno Vacío para Baterías de Li-Ion de Alta Tasa y Larga Vida

La búsqueda de materiales basados en MnO de larga vida para baterías de iones de litio (LIBs) sigue siendo un gran desafío debido al problema relacionado con la expansión volumétrica de las nanopartículas (NPs) o nanohilos (NWs) de MnO durante la litificación. Aquí, demostramos un resultado inesperado: una heteroestructura tipo peapod de MnO/C con espacio interno vacío puede ser preparada de manera fácil mediante el recocido del precursor de MnO (MnO-P) nanohilo/nanostructura de núcleo/capa de polidopamina en un gas inerte, lo cual es muy diferente de la preparación de NWs típicos de MnO/C de núcleo/capa a través del recocido de la nanostructura de precursor de NW/C de MnO. Tal heteroestructura tipo peapod de MnO/C con espacio interno vacío es altamente particular para LIBs de alto rendimiento, que puede abordar todos los problemas relacionados con la disolución, conversión, aglomeración y expansión volumétrica del MnO durante la inserción/extracción de Li(+). Son un material de ánodo altamente estable para LIBs con una capacidad reversible muy alta (hasta 1119 mAh g(-1) incluso a 500 mA g(-1)) y una rápida capacidad de carga y descarga (463 mAh g(-1) a 5000 mA g(-1)), que es mucho mejor que los NWs de MnO (38 mAh g(-1) a 5000 mA g(-1)) y los NWs de MnO/C de núcleo/capa (289 mAh g(-1) a 5000 mA g(-1)). Tales nanopeapods también muestran una excelente capacidad de tasa (cargados al 91.6% en 10.6 min usando el modo de corriente constante). Lo más importante, encontramos que los nanopeapods de MnO/C no muestran disminución de capacidad incluso después de 1000 ciclos a una alta densidad de corriente de 2000 mA g(-1), y sin cambio de morfología. Los actuales nanopeapods de MnO/C son los materiales de ánodo basados en MnO más eficientes jamás reportados para LIBs.