在单价和多价离子电池中一般是使用纳米颗粒（NP），这是由于通过观察电极物料，发现其具有短的扩散路径和大的电极-电解质界面，可以促进离子插入动力学。然而，对于理解NP与其电化学行为的相关性（例如，电荷存储机制，与离子插入相关的相变）仍然不够清楚。
尖晶石λ-MnO2能够使得Mg2+有效嵌入，但对于MnO2颗粒的尺寸效应却知之甚少，有鉴于此，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Jian-Min Zuo和Qian Chen团队将其作为模型正极材料，在多价离子嵌入体系中研究了颗粒大小、结构转换途径和相应的电化学行为。
研究者通过合成小纳米级λ-MnO2颗粒（81±25nm）和大型微米级颗粒（814±207nm）两种样品。电荷储存机制分析表明，在两个样品中Mg2+的脱嵌机制都占主导地位，小颗粒中的存储电荷比大颗粒高约10倍。从XRD和STEM成像揭示了在不同尺寸颗粒中Mg2+嵌入的过渡阶段的一个主要区别是：小NP经历固溶体相变，这最大限度地减少了晶格失配，以适应新相的能量损失，而大的颗粒遵循完善的多相转变。这与锂离子电池体系不同，尺寸依赖性对Mg2+嵌入、电荷分布均匀性、容量、循环性能和颗粒的力学稳定性产生深远影响。
Wenxiang Chen, Xun Zhan, Binbin Luo, Zihao Ou, Pei-Chieh Shih, Lehan Yao, Saran Pidaparthy, Arghya Patra, Hyosung An, Paul V. Braun, Ryan M. Stephens, Hong Yang, Jian-Min Zuo, Qian Chen, Effects of Particle Size on Mg2+ Ion Intercalation into λ-MnO2 Cathode Materials, Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01780
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01780
