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Regenerable Cu-intercalated MnO2 layered cathode for highly cyclable energy dense batteries

机译：高度可循环能量密集型电池的可再生铜嵌入MnO2层状阴极

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Manganese dioxide cathodes are inexpensive and have high theoretical capacity (based on two electrons) of 617 mAh g−1, making them attractive for low-cost, energy-dense batteries. They are used in non-rechargeable batteries with anodes like zinc. Only ∼10% of the theoretical capacity is currently accessible in rechargeable alkaline systems. Attempts to access the full capacity using additives have been unsuccessful. We report a class of Bi-birnessite (a layered manganese oxide polymorph mixed with bismuth oxide (Bi2O3)) cathodes intercalated with Cu2+ that deliver near-full two-electron capacity reversibly for >6,000 cycles. The key to rechargeability lies in exploiting the redox potentials of Cu to reversibly intercalate into the Bi-birnessite-layered structure during its dissolution and precipitation process for stabilizing and enhancing its charge transfer characteristics. This process holds promise for other applications like catalysis and intercalation of metal ions into layered structures. A large prismatic rechargeable Zn-birnessite cell delivering ∼140 Wh l−1 is shown.
机译：二氧化锰阴极价格便宜，理论容量（基于两个电子）高至617 mAh g -1 ，使其对低成本，高能量密度的电池有吸引力。它们用于带有锌等阳极的不可充电电池。目前在可充电碱性系统中只能达到理论容量的约10％。使用添加剂尝试获得全部容量的尝试尚未成功。我们报道了一类Bi-水钠锰矿（一种层状氧化锰多晶与氧化铋（Bi2O3）混合）阴极，中间嵌入了Cu 2 + ，可逆地提供近满的两电子容量，可循环> 6,000次。充电的关键在于利用铜的氧化还原电位在其溶解和沉淀过程中可逆地嵌入到双水钠锰矿层状结构中，以稳定和增强其电荷转移特性。该方法有望用于其他应用，例如催化和将金属离子嵌入层状结构中。显示了一个大型的方形可充电锌水钠锰矿电池，其输出功率约为140 Wh l -1 。

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