Boosting Zn-ion storage capability of self-standing Zn-doped Co3O4 nanowire array as advanced cathod

来源 :纳米研究(英文版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lv_yj
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Neutral aqueous rechargeable Co3O4//Zn batteries with high-output voltage and outstanding cycling stability have yielded new insights into wearable energy-storage devices.To meet the increasing demand for a means of powering wearable and portable devices,the development of a high-performance fiber-shaped Co//Zn battery would be highly desirable.However,the intrinsically poor conductivity of Co3O4 significantly restricts the application of these high-capacity and high-rate aqueous rechargeable battery.Encouragingly,density functional theory(DFT)calculations demonstrate that the substitution of Zn for Co3+leads to an insulator-metal transition in the Zn-doped Co3O4(Zn-Co3O4).In this study,we used metallic Zn-Co3O4 nanowire arrays(NWAs)as a novel binder-free cathode to successfully fabricate an all-solid-state fiber-shaped aqueous rechargeable(AFAR)Co//Zn battery.The resulting fiber-shaped Co//Zn battery takes advantage of the enhanced conductivity,increased capacity,and improved rate capability of Zn-Co3O4 NWAs to yield a remarkable capacity of 1.25 mAh·cm-2 at a current density of 0.5 mA·cm-2,extraordinary rate capability(60.8%capacity retention at a high current density of 20 mA·cm-2)and an admirable energy density of 772.6 mWh·cmr-3.Thus,the successful construction of Zn-Co3O4 NWAs provides valuable insights into the design of high-capacity and high-rate cathode materials for aqueous rechargeable high-voltage batteries.
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