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                ?王浩教授團隊在鋅離子電池研究領域獲進展

                作者:   編輯:鮮文濤    來源:物電學院(微電子學院)  發布時間:2020/10/15

                我校物電學院(微電子學院)王浩教授團隊在鋅離子電池研究領域取得進展,研究成果“Valence Engineering via In-situ Carbon Reduction on Octahedron Sites Mn3O4 for Ultra-Long Cycle Life Aqueous Zn-Ion Battery”(《原位碳還原實現八面體Mn3O4價態工程的超長壽命水系鋅離子電池》)10月13日以內封面論文形式發表在國際能源材料類頂級期刊Advanced Energy Materials(IF:25.245)。此前,論文在線發表后,得到Materials Views China、中國功能材料網、能源谷等學術媒體轉載報道。碩士生檀秋陽為第一作者,王浩教授和萬厚釗副教授、華中科技大學繆靈副教授、德國馬普固體研究所王毅高級研究員為共同通訊作者,湖北大學為第一單位和第一通訊單位。

                圖1 論文內封面圖

                隨著日益嚴重的能源危機,高效儲能裝置的研發受到了廣泛關注。由于高比能量,鋰離子電池在當前電池市場中得到廣泛使用。但是,地球上有限的鋰資源使得含鋰材料變得昂貴,并且鋰離子電池存在安全問題。水系可充電鋅離子電池具有高比容量、高安全性和低成本,這使得其具有廣闊的應用前景。其中,高性能陰極材料的開發是研究的焦點之一。由于錳基氧化物在地球上的儲量豐富,無毒無污染和高放電電壓,引起了研究人員的極大興趣。然而,在鋅離子嵌入過程中由于姜泰勒效應帶來的歧化現象會導致Mn2+溶解,極大削減了電池的循環壽命。

                圖2 體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列的形成機理

                為了解決這一問題,王浩教授團隊通過高效的價態工程提高錳氧化物陰極的結構穩定性,進而提升材料的循環壽命。制備過程中采用錳基金屬有機骨架作為前驅體,進行原位碳化獲得體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列。由體相氧缺陷調控電子結構引發的價態工程,可以改變[MnO6]八面體晶體場構型進而抑制Mn2+的溶解。第一性原理計算進一步表明,體相氧缺陷可以提高材料的固有電導率,并為Zn2+和H+的插入提供更多的活性位點。由體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列組裝而成的水系鋅離子電池表現出超長的循環壽命,在5 A g-1的電流密度下經過12000次循環后仍達到84.1 mAh g-1的比容量(高達初始容量的95.7%)。該研究成果為實現水系鋅離子電池超長循環壽命提供了有效途徑,為其商業化應用奠定了實驗與理論基礎。

                圖3 體相氧缺陷Mn3O4@C納米棒陣列的電子能量損失譜、電子結構及柔性準固態鋅離子電池的應用

                封面鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202070160

                全文鏈接:https://doi.org/10.1002/aenm.202001050


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