AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制

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AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制
在具有温和水性电解质的锌/锰氧化物电池系列中，很少考虑具有方铁锰矿结构的立方α-Mn2O3，这是因为一般认为其缺少隧道和层状结构，不易存储Zn2+。然而近期研究表明，水系Zn/α-Mn2O3电池可以提供有前途的电化学性能，这意味着必须重新探讨水系锌金属电池 (AZMBs) 中α-Mn2O3正极的电荷存储机制。
AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制
在此，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）Stefano Passerini和Alberto Varzi等人系统全面地研究了α-Mn2O3的电荷存储机制。结果表明，电化学诱导的从α-Mn2O3到层状L-ZnxMnO2的不可逆相变，加上Mn2+和OH–溶解到电解质中，使得Zn2+的可逆嵌入/脱出成为可能。
AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制
图1. 分层m-α-Mn2O3微棒的合成过程及表征
此外，作者证明α-Mn2O3不是H+的主体，而在初始充电时由L-ZnxMnO2和电解液中的Mn2+形成的MnO2是H+的主体。
基于这种电极机制，结合制备分层结构的介孔α-Mn2O3微棒阵列材料，在5.0 A g-1 下具有103 mAh g-1的前所未有的倍率能力以及在2.0 A g-1下循环2000次的长寿命，每个循环的容量衰减仅为≈0.009%。
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图2. Zn/m-α-Mn2O3电池的电化学性能
Unveiling the Intricate Intercalation Mechanism in Manganese Sesquioxide as Positive Electrode in Aqueous Zn-Metal Battery, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100962

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