近年来，可充电水系锌离子电池（ZIBs）受到了广泛的关注。然而，Mn²⁺的歧化效应严重降低了ZIBs在循环过程中的容量保持率。

近日，湖北大学王浩教授，万厚钊副教授，华中科技大学缪灵副教授，德国马普固体研究所王毅研究员报道了通过有效价态工程提高了用于ZIBs的Mn₃O₄正极容量保持率。

文章要点

1）研究人员通过碳化过程中从Mn基金属有机骨架中原位产生大量氧缺陷。其可以改变（MnO₆）八面体结构，从而改善结构稳定性并抑制Mn²⁺的溶解。

2）结果表明，由具有大量氧缺陷的Mn₃O₄@C纳米棒阵列（O_d-Mn₃O₄@C NA/CC）组装而成的ZIB具有超长的循环寿命，在5 A g^-1下进行12 000次循环后的容量达到84.1 mAh g^-1（超过95.7%的初始容量百分比）。此外，该电池在0.2 A g^-1时具有396.2 mAh g^-1的高比容量。

3）非原位表征结果显示，初始Mn₃O₄转化为斜方锰矿MnO₂，用于H⁺和Zn²⁺的插入和萃取。第一性原理计算表明，Mn³⁺的电荷密度的大大增加，提高了电导率。

4）研究人员利用O_d-Mn₃O₄@C NA/CC成功组装了柔性准固态ZIB。

该研究表明，大量氧缺陷诱导的价态工程有助于开发高性能的ZIB正极材料。

Qiuyang Tan, et al, Valence Engineering via In Situ Carbon Reduction  on Octahedron Sites Mn₃O₄ for Ultra-Long Cycle  Life Aqueous Zn-Ion Battery, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001050

https://doi.org/10.1002/aenm.202001050