吉林師范大學賈洪聲課題組通過銅摻雜誘導(dǎo)氧空位的生成，制備了Cu/MnOx復(fù)合正極材料，在水系鋅離子電池中展現(xiàn)了優(yōu)異的性能。 由于鋰資源的持續(xù)使用以及鋰離子電池中有機電解質(zhì)存在的安全隱患，水系鋅離子電池有望成為替代鋰離子電池的下一代重要儲能設(shè)備。錳基化合物，包括MnOx材料，在眾多鋅離子電池正極材料中占有重要地位。此外，Cu摻雜可以引起氧空位的產(chǎn)生，這增加了材料的內(nèi)部電場并提高了循環(huán)穩(wěn)定性。MnOx還具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和促進離子傳輸?shù)墓δ?。?.2 A g?1的電流密度下，Cu/MnOx納米復(fù)合材料獲得了304.4 mAh g?1的高比容量。此外，Cu/MnOx納米復(fù)合材料在0.5 A g?1電流密度下，經(jīng)過1000次循環(huán)后的比容量高達198.9 mAh g?1。因此，Cu/MnOx納米復(fù)合材料有望成為下一代高能量密度存儲系統(tǒng)中鋅離子電池正極材料的有力競爭者。
圖1:Cu/MnOx復(fù)合材料的制備工藝。 化石燃料供應(yīng)的濫用、對環(huán)境的危害等問題導(dǎo)致了當代文明目前面臨的能源危機。由于化石燃料消耗對環(huán)境的持續(xù)危害，可再生能源開始滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹母喾矫妗Ｍ瑫r，迫切需要高功率密度和高能量密度的儲能系統(tǒng)。在眾多儲能器件中，鋅離子電池以其低電勢(- 0.76 V vs. (SHE))、高質(zhì)量比容量(820 mAh g?1)、高體積比容量(5855 mAh cm?3)、低成本和儲量豐富等優(yōu)點得到了廣泛的研究。其中鋅離子電池的基本性能指標、充放電平臺、工作原理等都受到電池必不可少的組成部分——正極材料的影響很大。由于水系鋅離子電池的比容量和循環(huán)壽命是限制其電化學性能的主要變量，因此開發(fā)具有高理論容量和穩(wěn)定性的正極材料是提高鋅離子電池電化學性能的關(guān)鍵。 正極材料摻雜是提高Zn2+存儲效率的另一種有效方法。摻雜是一種可行的提高電化學性能的技術(shù)，因為它涉及到特定元素的使用。這就是為什么具有高表面能、可調(diào)空位和摻雜的裸晶體對Zn2+的存儲和電化學儲能特性有很大的影響。在眾多鋅離子電池正極材料中，MnOx因其優(yōu)異的化學穩(wěn)定性和電化學特性，已成為一種很有前途的水性鋅離子電池電極材料。由于其令人著迷的特性，MnOx已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了深入的研究，包括傳感器、負溫度系數(shù)熱敏電阻、磁鐵、超級電容器和催化。然而，MnOx較差的循環(huán)穩(wěn)定性通常使其不適合用于儲能系統(tǒng)。因此，設(shè)計旨在提高MnOx的比表面積和電導(dǎo)率的新方法勢在必行。此外，MnOx被認為是一種非常典型的具有兩個活性中心的層狀化合物。這種特殊的結(jié)構(gòu)使離子和電子能夠快速擴散和移動。MnOx可以進行單電子(Mn4+/Mn3+)和雙電子(Mn4+/Mn2+)氧化還原反應(yīng)，從而提供更高的比容量。然而，為了提高載流子的擴散速率，并進一步優(yōu)化它們的離子傳輸通道，MnOx仍然需要改變，以便可能用于鋅離子電池。包括活性位點調(diào)制、缺陷工程和摻雜在內(nèi)的技術(shù)可以用來實現(xiàn)這一目標?；谏鲜隹紤]，作者將Cu與MnOx混合，以有效地控制MnOx內(nèi)部的電場并刺激氧空位的產(chǎn)生，最終提高鋅離子電池的電化學效率。 論文信息 A Cu/MnOx Composite with Copper-Doping-Induced Oxygen Vacancies as a Cathode for Aqueous Zinc-Ion Batteries Miao Han, Hongsheng Jia, Yubo Wang, Siqi Li, Yuanlong E, Yanqing Liu, Qingshuang Wang, Wanqiang Liu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202401463
