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潘鋒等Nano-Micro Lett.：氧缺陷β-MnO2@GO正極實(shí)現(xiàn)高倍率長壽命水系鋅離子電池

近年來，人們對(duì)電網(wǎng)規(guī)模的電化學(xué)儲(chǔ)能產(chǎn)生了濃厚的興趣，其中水系鋅離子電池（AZIBs）受到了廣泛關(guān)注。在AZIBs的各種正極材料中，錳氧化物因其高能量密度和低成本而備受矚目。然而，緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和較差的循環(huán)穩(wěn)定性阻礙了它們的實(shí)際應(yīng)用。

北京大學(xué)深圳研究生院潘鋒、Shunning Li、Qinghe Zhao等人展示了缺陷工程和界面優(yōu)化的結(jié)合使用，可以同時(shí)提高M(jìn)nO₂正極的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。

在GO存在的情況下，β-MnO₂在合成過程中會(huì)自發(fā)地引入氧空位，同時(shí)在活性材料上形成涂層。VO在促進(jìn)電子和質(zhì)子的轉(zhuǎn)移方面起著至關(guān)重要的作用，可加速充電/放電動(dòng)力學(xué)，而GO涂層則抑制能Mn離子的溶解。

因此，即使在4C的電流密度下循環(huán)2000次后，該電極仍顯示出~129.6 mAh g^-1的持續(xù)可逆容量，優(yōu)于最先進(jìn)的基于MnO₂的正極。

圖1 材料表征

優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性源于表面VO與GO上的醚氧之間的強(qiáng)結(jié)合，以及向納米晶Zn_xMn₂O₄相的可控結(jié)構(gòu)演化。

這項(xiàng)工作的結(jié)果突出了通過自下而上的合成方法在設(shè)計(jì)AZIBs電極時(shí)集成多種策略的優(yōu)勢，這將闡明AZIBs在滿足大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的高倍率和長壽命要求方面的可行性。

圖2 電化學(xué)性能

Oxygen-Deficient β-MnO₂@Graphene Oxide Cathode for High-Rate and Long-Life Aqueous Zinc Ion Batteries. Nano-Micro Letters 2021. DOI: 10.1007/s40820-021-00691-7

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