【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】水系鋅錳電池因其豐富的自然儲量、高理論容量、高電導率和本征安全性等特質引起關注。然而，由于正極材料的結構穩(wěn)定性和電解液-電極材料間的相互作用，二氧化錳正極材料在充放電循環(huán)中易發(fā)生結構退化和其他副反應，阻礙了鋅錳可充電池的實際應用。
 

　　基于此，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員邸江濤、李清文團隊在經(jīng)典的MnO2/MnOOH轉換反應基礎上引入二氧化錳的沉積溶解反應，可以將電極活性物質因歧化反應溶出的錳離子再沉積到電極上，實現(xiàn)了高循環(huán)穩(wěn)定性和高能量密度的鋅錳電池。
 

　　該研究通過原位刻蝕技術在碳納米管三維網(wǎng)絡體內部沉積二氧化錳作為電池正極。自支撐的泡沫電極具有高達98.6%的孔隙率和63 m2 g-1的比表面積，可以適應MnO2沉積/溶解過程中的體積變化，并提供有效的電荷和離子傳輸路徑。此外，將電解液中Mn2+濃度調節(jié)到一個臨界范圍，可以在中性電解液中實現(xiàn)MnO2/Mn2+氧化還原的可逆轉化而不涉及氧的析出。附加的MnO2/Mn2+反應可以回收MnO2/MnOOH反應中的副產(chǎn)物(MnOOH → MnO2 + Mn2+)，有效提高了電池穩(wěn)定性。因為電解液調控和電極設計的雙重作用，鋅錳電池在中性電解液體系實現(xiàn)了單電子(Mn4+/Mn3+)和雙電子(Mn4+/Mn2+)的可逆轉換反應的共存，并表現(xiàn)出較大應用潛力。經(jīng)電化學測試，鋅錳電池實現(xiàn)了1-2 V的電壓輸出，高的倍率性能(在19.5 A g-1的電流密度下容量高達430 mAh g-1)，長的循環(huán)穩(wěn)定性(歷經(jīng)16000循環(huán)無明顯容量衰減)和更佳的能量密度(602 Wh kg-1基于活性物質的質量)。
 

　　相關研究成果以Highly Reversible Aqueous Zn-MnO2 Battery by Supplementing Mn2+-Mediated MnO2 Deposition and Dissolution為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials上。論文主要作者是中科院蘇州納米所碩士生沈曉帆和副研究員王曉娜，論文通訊作者為邸江濤和李清文。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。