새로운 디자인 전략으로 수계 아연-망간 배터리에서 높은 망간 활용률을 가능하게 하다: 음극 국부 망간 풍부 지역 구축

초록 두 전자 전달 반응을 포함하는 침착-용해 메커니즘은 수계 Zn-Mn 배터리에서 바람직한 이론적 에너지 밀도를 부여한다. 그러나 전통적인 망간 기반 물질의 제한된 용해도와 경쟁적인 망간 셔틀 행동으로 인해 실제 성능은 만족스럽지 않다. 여기서, 새로운 망간 풍부 망간 4 N 음극을 플라즈마 기능화 탄소 나노튜브 필름(PCNT) 인터레이어와 시너지를 이루어 통합함으로써, 높은 망간 활용률과 높은 에너지/전력 밀도를 갖는 수계 Zn-Mn 배터리가 성공적으로 개발되었다. 특히, 망간 4 N 음극은 높은 망간 함량과 용해 활성을 자랑하여 배터리 시스템에 망간 2+ 이온을 풍부하게 공급한다. 풍부한 마이크로공극 구조와 기능성 그룹을 가진 PCNT 인터레이어는 용해된 망간 2+를 가두어 망간 2+ 셔틀을 억제할 뿐만 아니라 풍부한 반응 사이트를 제공하여 음극 측에 망간 2+를 집중시키고 전기화학적 반응에 대한 기여를 극대화한다. 결과적으로, 망간 4 N-PCNT는 낮은 분극 전압과 뛰어난 망간 활용률(64.8%)을 보인다. 망간 황산염 추가제 없이, 망간 4 N-PCNT는 821.9 W h kg -1의 초고 에너지 밀도와 뛰어난 장기 사이클 안정성(9000회 사이클에서 90% 용량 유지)을 달성한다. 이러한 유쾌한 결과는 망간 4 N-PCNT의 실제 적용 가능성을 입증하며, 고급 Zn-Mn 배터리의 합리적 설계를 위한 새로운 길을 열어준다.