Facile preparation of peanut-shaped cobalt-doped zinc manganese oxide as a cathode for zinc-ion battery

The peanut-shaped cobalt (Co)-doped zinc manganese oxide (ZMO: ZnMn 2 O 4 ) was successfully synthesized via a simple solvothermal and calcination process. The effects of Co-doping concentration on the structural and electrochemical properties of the samples were examined. The novel porous Zn 1− x Co x Mn 2 O 4 materials with different molar fractions relative to Zn (where x = 0, 0.15, 0.3, and 0.45) were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, ultraviolet–visible–near infrared (UV–Vis–NIR) spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and nitrogen (N 2 ) adsorption–desorption isotherms. The results demonstrated that the incorporation of Co into the ZnMn 2 O 4 lattice did not produce any distinct secondary phases. The microparticle size and the specific surface area increased, while the energy band gap was reduced. The application of the peanut-shaped Co-doped ZnMn 2 O 4 samples as cathode materials for zinc-ion batteries (ZIBs) was also investigated. The ZMO-0.45Co sample exhibited a larger cyclic voltammetry (CV) peak area, higher redox peak value, and lower charge transfer resistance ( R ct ) compared to the undoped sample (ZMO-0Co). The maximum charge and discharge capacities were 133.0 and 122.5 mAh g −1 , respectively. These results suggest that the Co doping in peanut-shaped ZMO enhances charge transfer efficiency and improves the specific capacity of cathode material in ZIBs. El óxido de zinc manganeso dopado con cobalto en forma de cacahuete (Co-ZMO: ZnMn 2 O 4 ) fue sintetizado con éxito mediante un proceso sencillo de solvotermia y calcinación. Se examinaron los efectos de la concentración de dopaje con Co en las propiedades estructurales y electroquímicas de las muestras. Los nuevos materiales porosos de Zn 1−x Co x Mn 2 O 4 , con diferentes fracciones molares respecto al Zn (donde x = 0, 0.15, 0.3 y 0.45), fueron caracterizados mediante difracción de rayos X (DRX), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR), espectroscopía ultravioleta-visible-infrarrojo cercano (UV-Vis-NIR), microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FESEM), espectroscopía dispersiva de energía (EDS) y isotermas de adsorción-desorción de nitrógeno (N 2 ). Los resultados demostraron que la incorporación de Co en la red de ZnMn 2 O 4 no produjo fases secundarias distintas. El tamaño de micropartículas y la superficie específica aumentaron, mientras que la banda de energía se redujo. También se investigó la aplicación de las muestras de Co-dopado en forma de cacahuete como materiales de cátodo para baterías de zinc-ion (ZIBs). La muestra ZMO-0.45Co mostró un área de pico mayor en voltametría cíclica (CV), un valor de pico redox más alto y una resistencia de transferencia de carga ( R ct ) menor en comparación con la muestra sin dopar (ZMO-0Co). Las capacidades máximas de carga y descarga fueron de 133,0 y 122,5 mAh g −1 , respectivamente. Estos resultados sugieren que el dopaje con Co en el ZMO en forma de cacahuete mejora la eficiencia de transferencia de carga y aumenta la capacidad específica del material de cátodo en las ZIBs.