锰基水系锌离子电池（ZIBs）具有制造简单、成本低、安全性高等优点，在大规模可充电储能技术方面具有广阔的应用前景。然而，锰基正极材料存在倍率低、循环性能差等问题，阻碍了ZIBs商业化进程。

近日，复旦大学叶明新教授，沈剑锋教授报道了采用金属−阳离子插层和原位生长的方法，精心设计和合成了一种锰−钒杂化材料，K-V₂C@MnO₂正极，其中MnO₂纳米片生长在V₂CT_X MXene的表面和层间。

文章要点

1）首先通过K⁺离子的碱化和插层，V₂CT_X的表面和夹层更有利于MnO₂纳米片的原位生长；其次，高电导率层状V₂CT_X基底不仅可以作为有效电子传输的连续通道，而且可以在很大程度上阻止MnO₂的体积膨胀/收缩，从而减缓MnO₂在重复循环中的不可逆结构溶解和副反应；第三，均匀生长的MnO₂纳米片为电解液提供了足够的活性中心，并增加了促进电化学利用和动力学的电沉积面积。此外，K-V₂C@MnO₂可以增强电沉积Mn²⁺的协同反应，抑制MnO₂对结构的破坏，从而提供了额外的容量。

2）得益于上述协同效应，K-V₂C@MnO₂正极表现出优异的倍率性能、高容量和循环稳定性。具体地说，在0.3 A g⁻¹电流密度下具有408.1 mAh g⁻¹的高比容量，在长达10000个循环的长期循环中，10 A g⁻¹的高电流密度下可以保持119.2 mAh g⁻¹的比容量。其性能优于几乎所有已报道的水系ZIBs的锰基正极。

这种具有优异的电化学性能的锰基正极材料为设计高性能ZIBs正极材料提供了一种途径。

参考文献

Xiaodong Zhu, et al, Superior-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries Based on the In Situ Growth of MnO₂ Nanosheets on V₂CT_X MXene, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.0c09205

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09205