背景与文献简介
近年来，利用弱酸性电解质的可充电锌离子电池因其高可持续性、安全性和低成本等优势而引起了广泛的研究兴趣，然而，传统的锌离子存储材料因比容量不足、反应动力学迟缓或循环寿命较差等原因而受到阻碍。近日，法国图卢兹第三大学PatriceSimon教授团队在Adv.EnergyMater.期刊上发表了题为“AlkaliIonsPre-IntercalatedLayeredMnO2NanosheetforZinc-IonsStorage”的研究论文，本研究通过在层状δ-MnO2(水钠锰矿)中预插入碱金属离子和晶体水，采用快速熔盐法制备了超薄纳米片形貌的K0.27MnO2·0.54H2O(KMO)和Na0.55Mn2O4·1.5H2O。在这些材料中，碱金属离子和晶体水可以作为支柱稳定层状结构，使Zn离子在KMO结构中快速扩散，从而获得高功率密度(在10C下容量达90mAhg-1)和良好的循环稳定性。此外，电化学石英晶体微天平的测量揭示了KMO在水系锌离子电池中的电荷存储机制，结合原位XRD技术，证明了循环过程中以H3O+插层为主，并且进一步伴随有KMO表面Zn4(OH)6(SO4)·5H2O固体产物的溶解-沉淀过程。
图文导读
图1.熔融盐法制备材料的过程示意图
图2.K0.27MnO2·0.54H2O的物理表征
图3.K0.27MnO2·0.54H2O电极在2MZnSO4+0.3MMnSO4电解液中的电化学性能
图4.K0.27MnO2·0.54H2O的CV曲线和电化学阻抗谱
图5.原位XRD图谱
图6.K0.27MnO2·0.54H2O电极在电化学过程中的EQCM测试结果
总结
本文采用熔融盐合成路线制备了碱离子(Na+、K+)预嵌入的二维MnO2纳米片，并将其作为水系锌离子电池的电极材料。K0.27MnO2阴极在C/3条件下可获得mAhg-1的高容量，在10C条件下循环次后，表现出较长的循环稳定性和90%的保留率，这些性能显示了熔融盐法制备纳米材料的可靠性。此外，作者还将EQCM与原位XRD和热重分析相结合，进一步阐明了KMO的电荷储存机理。这些测量结果证实了ZHS的溶解/沉淀机制，即质子插入KMO结构后局部pH值增加所引起的结果。本研究结果表明，在电化学储能领域，重量模式下的EQCM技术是研究复杂电荷存储机制的有效工具。
文献资料
AlkaliIonsPre-IntercalatedLayeredMnO2NanosheetforZinc-IonsStorage,Adv.EnergyMater.,.
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