楼雄文/谷晓俊/郭艳Adv. Sci.：具有氧空位和氮掺杂的KMn8O16实现稳定的锌离子电池

二氧化锰作为水系锌离子电池（AZIBs）正极的发展受到固有电导率低和晶体结构不稳定的严重限制。

新加坡南洋理工大学楼雄文、内蒙古大学谷晓俊、郭艳等提出了一种多功能改性策略，通过简单的一步水热法，构建了具有丰富氧空位和大比表面积的N掺杂KMn₈O₁₆（简称N-KMO）。

图1 材料制备及表征

引入的氧空位、预嵌入的K⁺、N掺杂、大的比表面积和多孔结构对提高N-KMO的导电性、促进离子吸附和扩散、提高倍率能力起着至关重要的作用。

此外，N掺杂到N-KMO的体相中可以通过抑制放电产物中Mn³⁺的Jahn–Teller畸变有效地提高结构稳定性。因此，得益于这些协同效应，N-KMO正极表现出显著改善的稳定性和反应动力学，优于原始MnO₂和仅含氧空位的MnO₂。

图2 基于N-KMO正极的AZIBs的电化学性能

研究显示，N-KMO正极在1 A g⁻¹下进行2500次循环后，仍可提供262 mAh g⁻¹的高可逆容量，容量保持率为91%。

同时，N-KMO正极还在10 A g⁻¹的高电流密度下实现了106 mAh g⁻¹的可逆比容量和10.6 kW kg⁻¹的高功率密度。此外，非原位表征表明，N-KMO正极的储能机制主要基于H⁺和Zn²⁺的共嵌入/脱出过程。

图3 N-KMO正极的储能机制

Synthesis of Nitrogen-Doped KMn8O16 with Oxygen Vacancy for Stable Zinc-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106067

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