水系可充电Zn–MnO_x电池因其成本低、能量密度高等优点而备受关注。然而，Mn(III)歧化和Jahn-Teller畸变会导致Mn(II)溶解和不可逆相变，进而大大降低了电池的循环寿命。

近日，湖北大学王浩教授，万厚钊副教授，华中科技大学Bao Zhang报道了通过多重掺杂具有各种价态的Co，制备了一种具有高容量和可逆性的多价钴掺杂的Mn₃O₄（Co-Mn₃O₄）。

文章要点

1）研究发现，相变产物δ-MnO₂层之间的Co⁴⁺掺杂起到了“结构支柱”的作用，Co⁴⁺的掺杂可以提高Mn⁴⁺的电导率并保持较高的比容量。更重要的是，Co离子（Co²⁺，Co³⁺）掺杂可以有效地抑制放电产物中的Jahn-Teller效应，促进离子扩散。

2）结合X射线吸收光谱实验结果和密度泛函理论（DFT）模拟，研究人员证实了多价钴掺杂的多重作用。

3）实验结果显示，Co-Mn₃O₄正极在100 mA g^-1下的比容量为362 mAh g^-1，能量密度为463.1 Wh kg^-1，以2.0 A g^-1循环1100次后，容量保持率达到80%。

 研究工作为设计高可逆性的锌离子电池锰基氧化物正极材料提供了新的思路和途径。

参考文献

Jie Ji, Co^2+/3+/4+-Regulated Electron State of Mn-O for Superb Aqueous Zinc-Manganese Oxide Batteries, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202003203

https://doi.org/10.1002/aenm.202003203