何冠杰/柴国良AEM：超稳定水系锌离子电池，5000次循环容量保持92%。

采用预适配阳离子的层状锰氧化物作为水系锌离子电池（AZIBs）的正极引起了巨大的兴趣，因为其开放的二维通道可以实现快速的离子扩散，并且在拓扑化学（脱）插层过程中具有温和的相变。然而，由于与主体内带负电的亥姆霍兹平面的松散相互作用以及二维结构中客体（脱）插层时的剪切/膨胀效应，不可避免地会看到这些“柱”阳离子从主体中浸出，这意味着需要合适的调节以防止它们快速性能衰减。

伦敦玛丽女王大学何冠杰、中科院福建物质结构研究所柴国良等首次提出了一类新的超结构层状锰氧化物，Mg_0.9Mn₃O₇·2.7H₂O，旨在实现高性能AZIBs的强大正极。

图1. Mg_0.9Mn₃O₇·2.7H₂O的结构和形态表征

研究显示，Mg_0.9Mn₃O₇·2.7H₂O在0.2 A g^-1和5 A g^-1时，可以实现312 mAh g^-1和132 mAh g^-1的高比容量，以及5000次循环后92%容量保持率的出色循环稳定性。同时，其卓越的倍率能力和晶格结构的准零体积变化进一步验证了其在实际应用中作为一种有前景的正极主体的可行性。

图2. 电化学性能比较

作者进一步通过对传统层状锰氧化物（δ-Mg₂Mn₁₄O₂₇·nH₂O、δ-MnO₂·nH2O和δ-Na_0.55Mn₂O₄·2.4H₂O）和Mg_0.9Mn₃O₇·2.7H₂O的结构/化学演变和电化学性能的原位实验和理论比较，详细讨论了超结构正极材料的优点。研究表明，微观结构对性能的改善源于网状MnO₆和MgO₆链的特定二维特征以及内置的Mn空位，它们赋予了氢键稳定的层状结构和过渡金属层的水平钉住效应。

因此，与以前报道的锰基正极相比，这种坚固的框架具有较少的锰迁移和准零的晶格体积变化，有助于提高电化学性能。总之，这些发现为开发可逆AZIBs的层状过渡金属氧化物的超级结构提供了新的见解。

图3. Mg_0.9Mn₃O₇·2.7H₂O的非原位表征

Hydrogen-Bond Reinforced Superstructural Manganese Oxide As the Cathode for Ultra-Stable Aqueous Zinc Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201840

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何冠杰/柴国良AEM：超稳定水系锌离子电池，5000次循环容量保持92%。

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