蘇州納米所李清文團(tuán)隊(duì)合作Small:通過鎂調(diào)控二氧化錳正極獲得高容量和高可逆循環(huán)性的水系鋅離子電池
水系鋅離子電池(ZIBs)因?yàn)榫哂懈甙踩?、低成本、環(huán)境友好、高理論體積容量(5854 mAh cm-3)等優(yōu)勢(shì),近幾年受到了廣泛關(guān)注。其中正極作為重要的組成部分直接影響電池的性能,其制備與優(yōu)化路徑也引起了科研人員的廣泛關(guān)注。δ-MnO2因?yàn)榫哂卸S層狀結(jié)構(gòu)、大的理論容量且儲(chǔ)量豐富、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)勢(shì),成為鋅離子電池理想的正極材料。但是δ-MnO2因?yàn)楸菊鲗?dǎo)電性差所導(dǎo)致的動(dòng)力學(xué)緩慢,循環(huán)過程中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等問題依舊有待解決。
圖1. 放電機(jī)理示意圖
基于以上背景,中科院蘇州納米所李清文團(tuán)隊(duì)與上海大學(xué)張登松教授合作提出將鎂摻雜到層狀二氧化錳晶格中(Mg-MnO2)作為鋅離子電池正極材料來(lái)改善電池的電化學(xué)性能。與原始δ-MnO2相比,Mg-MnO2納米片具有更大的比表面積,提供了更多的電活性位點(diǎn),提高了電池的容量。摻雜陽(yáng)離子和氧空位的引入改善了MnO2的導(dǎo)電性從而加快了電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在0.6 A g-1的電流密度下,Zn// Mg-MnO2電池獲得了370 mAh g-1的高比容量。此外,研究者對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步探索,證實(shí)Zn2+的插入是在幾個(gè)循環(huán)活化反應(yīng)之后發(fā)生的。最重要的是,經(jīng)過多次充放電過程,Zn2+和MnOOH之間發(fā)生了可逆的氧化還原反應(yīng),提高了鋅錳電池的容量和穩(wěn)定性。這一工作對(duì)發(fā)展高性能鋅離子電池具有一定的推動(dòng)作用。
圖2.材料的合成及其形貌表征
圖3.電池的電化學(xué)性能測(cè)試
圖4.電池動(dòng)力學(xué)研究
圖5.電池反應(yīng)機(jī)理研究
相關(guān)工作以Triggering High Capacity and Superior Reversibility of Manganese Oxides Cathode via Magnesium Modulation for Zn//MnO2 Batteries為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊Small上。中科院蘇州納米所與上海大學(xué)聯(lián)培碩士生夏佳佳、中科院蘇州納米所博士生周雨融為論文的共同第一作者,上海大學(xué)張登松教授、中科院蘇州納米所王曉娜副研究員和邸江濤研究員為通訊作者。該工作得到江蘇省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
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