【儀表網 儀表研發】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中易發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，實現了高循環穩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+濃度調節到一個臨界范圍，可以在中性電解液中實現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反應中的副產物(MnOOH → MnO2 + Mn2+)，有效提高了電池穩定性。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，并表現出較大應用潛力。經電化學測試，鋅錳電池實現了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)，長的循環穩定性(歷經16000循環無明顯容量衰減)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、國家重點研發計劃等項目的支持。