可充电水系锌离子电池（ZIBs）具有天然丰度高、环境友好、安全性高等优点，近年来引起了人们对其作为大规模储能技术的极大兴趣。然而，正极的结构退化和负极上固有的Zn枝晶生长严重阻碍了其在未来的应用。

近日，中科院兰州化物所阎兴斌研究员报道了一种用于可充电水系ZIBs的与水钠锰矿相关的具有坚固结构的锰氧化物（Na_0.55Mn₂O₄·1.5H₂O纳米片）。

文章要点

1）层间钠离子和结晶水有效地稳定了MnO₆层，降低了静电斥力。

2）结果表明，在2 M ZnSO₄和0.1 M MnSO₄水溶液中加入一定量的Na₂SO₄，所制得的Zn/NMO电池具有较高的可逆容量（0.65 C时为367.5 mAh g_-1）和循环稳定性（6.5 C循环10000次，容量衰减率为0.007%）。

3）详细的理论和实验分析表明，Na⁺的加入改变了Zn²⁺的沉积方式，从而消除了Zn枝晶的形成。同时，电化学反应动力学分析表明，客体离子(H⁺/Zn²⁺)插入了层间结构。此外，结合Operando X射线衍射（XRD）、非原位X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）研究和密度泛函（DFT）计算分析，阐明了电极/电解液界面反应机理，即H⁺和或部分解溶Zn²⁺共插入机理和副产物沉积/溶解机理。

所开发的Zn/NMO电池可以作为构建具有广泛应用前景的储能技术的范例。

参考文献

Yongtai Xu , Jiaojiao Zhu , Jianze Feng , Yue Wang , Xiaoxia Wu , Pengjun Ma , Xu Zhang , Guangzhao Wang , Xingbin Yan , A rechargeable aqueous zinc/sodium manganese oxides battery with robust performance enabled by Na₂SO₄ electrolyte additive, Energy Storage Materials (2021)

DOI：10.1016/j.ensm.2021.03.019

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.03.019