河南工业大学郑新华博士/刘世凯教授JPS：水热法优化合成二氧化锰正极实现高性能锌锰电池

研究背景

水系锌电池以其成本效益高、安全性高、使用寿命长等显著优势，在大规模储能应用领域引起了广泛关注。二氧化锰正极具有低成本、环境友好、理论容量高等优势被广泛的研究，水系锌锰电池也被认为是后锂时代优选的储能器件之一。尽管二氧化锰阴极的研究取得了重大进展，但仍面临诸多的挑战限制了其产业化的进程。二氧化锰阴极的主要问题包括循环过程中的不可逆相变、体积变化和结构崩溃，导致电池容量的快速衰减。此外，二氧化锰的电导率较差，限制了其电化学动力学。为了更好地匹配锌阳极的高容量和高可逆性，有必要对二氧化锰进行改性。

文章简介

基于此，河南工业大学青年教师郑新华博士/刘世凯教授团队在国际期刊Journal of Power Sources上发表题为“Optimized preparation of delta-manganese oxide for energetic zinc-manganese oxide batteries”的研究型文章。论文使用水热法制备了δ-MnO2，研究聚焦在合成MnO2成的优化条件上，系统探究了不同制备条件下合成材料的形貌、成分以及电化学性能。为开发具有高电化学性能的δ-MnO2阴极提供了优选的基础材料。

图1.δ-MnO2阴极材料的制备示意图。

图2.不同水热温度下制备的δ-MnO2阴极材料的电化学性能及表征。

图3.不同水热时间下制备的δ-MnO2阴极材料的电化学性能及表征。

图4.最优条件制备的δ-MnO2阴极材料的基础表征。

图5.优化条件下δ-MnO2阴极材料的电化学性能和表征。

图6.锌锰电池的储能机制。

结论

这项工作聚焦在优化水热温度和时间合成高纯δ-MnO2，作为一种极具潜力的锌锰电池正极材料，实现了高可逆的Zn2+/H+共嵌入/脱嵌。得益于优化条件下δ-MnO2的晶体相和形态特征，构建的锌锰电池在0.2 A g-1的电流密度下展现出304 mAh g-1的比容量，并且在0.5 A g-1的电流密度下循环500次后保留122 mAh g-1的比容量。虽然使用该δ-MnO2组装的锌锰电池在长时间的电化学循环中经历了容量衰减。但是通过最佳的水热条件合成的δ-MnO2正极材料，可以为后续开发高稳定的二氧化锰正极提供优化的基础材料。

文章链接

Optimized preparation of delta-manganese oxide for energetic zinc-manganese oxide batteries

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.236114

来源：高分子科学前沿

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