苏州纳米所李清文团队合作Small：通过镁调控二氧化锰正极获得高容量和高可逆循环性的水系锌离子电池

水系锌离子电池(ZIBs)因为具有高安全性、低成本、环境友好、高理论体积容量（5854 mAh cm^-3)等优势，近几年受到了广泛关注。其中正极作为重要的组成部分直接影响电池的性能，其制备与优化路径也引起了科研人员的广泛关注。δ-MnO₂因为具有二维层状结构、大的理论容量且储量丰富、无毒无害等优势，成为锌离子电池理想的正极材料。但是δ-MnO₂因为本征导电性差所导致的动力学缓慢，循环过程中结构不稳定等问题依旧有待解决。

图1. 放电机理示意图 

基于以上背景，中科院苏州纳米所李清文团队与上海大学张登松教授合作提出将镁掺杂到层状二氧化锰晶格中（Mg-MnO₂）作为锌离子电池正极材料来改善电池的电化学性能。与原始δ-MnO₂相比，Mg-MnO₂纳米片具有更大的比表面积，提供了更多的电活性位点，提高了电池的容量。掺杂阳离子和氧空位的引入改善了MnO₂的导电性从而加快了电池的反应动力学。在0.6 A g^-1的电流密度下，Zn// Mg-MnO₂电池获得了370 mAh g^-1的高比容量。此外，研究者对反应机理进行了进一步探索，证实Zn²⁺的插入是在几个循环活化反应之后发生的。最重要的是，经过多次充放电过程，Zn²⁺和MnOOH之间发生了可逆的氧化还原反应，提高了锌锰电池的容量和稳定性。这一工作对发展高性能锌离子电池具有一定的推动作用。

图2.材料的合成及其形貌表征

图3.电池的电化学性能测试

图4.电池动力学研究

图5.电池反应机理研究 

相关工作以Triggering High Capacity and Superior Reversibility of Manganese Oxides Cathode via Magnesium Modulation for Zn//MnO₂ Batteries为题发表在国际知名期刊Small上。中科院苏州纳米所与上海大学联培硕士生夏佳佳、中科院苏州纳米所博士生周雨融为论文的共同第一作者，上海大学张登松教授、中科院苏州纳米所王晓娜副研究员和邸江涛研究员为通讯作者。该工作得到江苏省自然科学基金等项目资助。

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