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    AEnM:基于Mn3O4價態工程的超長循環壽命水系鋅離子電池

    放大字體  縮小字體 發布日期:2020-08-21  來源:MaterialsViews  瀏覽次數:368
    核心提示:隨著日益嚴重的能源危機,高效儲能裝置的研發受到了廣泛關注。由于高比能量,鋰離子電池在當前電池市場中得到廣泛使用。但是,地
         portant; overflow-wrap: break-word !important;">隨著日益嚴重的能源危機,高效儲能裝置的研發受到了廣泛關注。由于高比能量,鋰離子電池在當前電池市場中得到廣泛使用。但是,地球上有限的鋰資源使得含鋰材料變得昂貴,并且鋰離子電池存在安全問題。水系可充電鋅離子電池(ZIBs)具有高比容量,高安全性和低成本,這使得其具有廣闊的應用前景。水系ZIBs中高性能陰極材料的開發是研究的焦點之一。由于錳基氧化物在地球上的儲量豐富,無毒無污染和高放電電壓,引起了研究人員的極大興趣。然而,在鋅離子嵌入脫出過程中由于姜泰勒效應帶來的歧化現象會導致Mnportant; overflow-wrap: break-word !important;">ngti SC Regular";">2+portant; overflow-wrap: break-word !important;">溶解,這極大削減了電池的循環壽命。

    portant; overflow-wrap: break-word !important;">

    portant; overflow-wrap: break-word !important;">為了解決這一問題,湖北大學王浩教授、萬厚釗副教授,華中科技大學繆靈副教授和德國馬普固體研究所王毅研究員合作,報道了通過高效的價態工程提高錳氧化物陰極的結構穩定性并抑制Mnngti SC Regular"; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">2+的溶解,進而提升水系錳基ZIBs的循環壽命。相關研究結果發表在Advanced Energy MaterialsDOI: 10.1002/aenm.202001050)上。
    portant; overflow-wrap: break-word !important;">該研究團隊在制備過程中采用錳基金屬有機骨架作為前驅體,進行原位碳化獲得含體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列。由體相氧缺陷調控電子結構引發的價態工程可以改變[MnO6]八面體晶體場構型進而抑制Mnngti SC Regular";">2+的溶解。因此,使用體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列(Od-Mn3O4@C NA/CC)組裝而成的ZIB表現出超長的循環壽命,在5 A gngti SC Regular";">-1的電流密度下,經過12,000次循環后仍可以達到84.1 mAh gngti SC Regular";">-1的比容量(高達初始容量的95.7%)。同時,該電池在0.2 A gngti SC Regular";">-1時具有396.2 mAh gngti SC Regular";">-1的高比容量。非原位表征結果表明,初始的Mn3O4轉化為斜方錳礦型MnO2,用于Hngti SC Regular";">+和Znngti SC Regular";">2+的嵌入和脫出。第一性原理計算表明,緊鄰氧缺陷的Mnngti SC Regular";">3+的電荷密度大大增加,使得Mn3O4的帶隙從0.6 eV變為0。使用Od-Mn3O4@C NA/CC組裝的柔性準固態ZIB保持了良好的電荷存儲能力,同時也具有非常好的實用性。該研究成果為實現水系ZIBs超長循環壽命提供了有效途徑,為其商業化應用奠定了實驗與理論基礎。
     
     
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