全文摘要

图文速递

图1：可充电ZMBs中锰基材料面临的挑战

图2：MnO₂各种晶体结构示意图

(a)α-MnO₂；(b)β-MnO₂；(c)R-MnO₂；(d)γ-MnO₂；(e)绿榴石型MnO₂；(f)δ-MnO₂；(g)λ-MnO₂；(h)ε-MnO₂；(i)MnO；(j)Mn₂O₃；(k)Mn₃O₄；(l)ZnMn₂O₄。

图3

(a)Mn基竞争容量演化方案：微观机制示意图(中)、循环曲线和pH值(上)以及四个不同区域中Mn²⁺的浓度和贡献率(下)。(b)基于Nernst方程的pH值与Mn²⁺沉积电位之间的关系，以及(c)不同pH区域中相应的主导反应。溶剂化结构对阴极界面吸附的影响：(d) Mn²⁺-(H₂O)₆·(SO₄^2-)和(e)Mn²⁺-(H₂O)₃·(CF₃SO₃^–)两种吸附物质的电荷密度差异分布。紫色字符代表Mn的Bader电荷。青色字符代表电极表面附近水分子的巴德电荷。颜色代码：红色 O、白色 H、青色 C、黄色 S、粉色 F和紫色 Mn。

图4：解决MnO₂正极问题的改性策略示意图

图5

(a)β-MnO₂纳米棒的扫描电子显微镜(SEM)图像。(b)β-MnO₂纳米棒晶体结构的图示。 (c)δ-MnO₂纳米片的TEM图像。(d)可充电Zn-MnO₂电池的充放电过程示意图。(e)中空MnO₂纳米球的低倍和(f)高倍透射电子显微镜(TEM)图像。(g)δ-MnO_2-x-2.0的高倍SEM图像。

图6

(a)原始MnO₂和(b)AMO的结构图。(c,d)从第1000个循环的原位拉曼光谱中获取的Al-O峰的等高线图。β-MnO₂和Ce掺杂的α-MnO₂的(e)CV曲线和(f)电压分布。(g)Cu-MnO₂的DFT计算：Cu-MnO₂和原始MnO₂的Zn²⁺迁移势垒。(h)在PANI掺杂的MnO₂纳米层中插入H⁺和Zn²⁺的示意图。

观点总结

总之，本文回顾了Zn-MnO₂电池从一次Zn-MnO₂电池到可充电Zn-MnO₂电池的发展，并详细阐述了MnO₂正极的晶体结构和电荷存储机制。针对MnO₂正极的问题，研究人员总结了从离子插入/脱出机理和沉积/溶解机理衍生的问题的解决方案，包括MnO₂的改性、电解质的优化和电池结构的设计。然而，不同的研究仍然存在一些不一致或争议。在此，基于作者的理解和最好的知识，本文对机制探索、锰基材料的改性和Zn-MnO₂电池的开发提出了一些观点，如下图所示。

1.重点研究锰基材料的电荷存储机理

2.加速锰基材料改性

3.Zn侧对储能机制和器件升级的影响

4.实验室研究与工业应用的平衡

原文链接

Recent Advances on Charge Storage Mechanisms and Optimization Strategies of Mn-Based Cathode in Zinc–Manganese Oxides Batteries

Jingyi Luan，Hongyan Yuan，Jie Liu，Cheng Zhong*