近年來,MnO2由于成本低廉、高理論容量等優(yōu)點(diǎn)被作為多種離子電池正極宿主材料而廣泛研究,包括應(yīng)用在Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+等正極材料,但MnO2材料低的電子/離子電導(dǎo)率、低的可逆放電容量、緩慢的擴(kuò)散動力學(xué)和較差的循環(huán)穩(wěn)定性,限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用潛力。為了解決這些問題,研究者提出了多種性能優(yōu)化策略,包括金屬摻雜、碳包覆、導(dǎo)電高分子包覆、預(yù)嵌入、超濃電解液等。其中,“預(yù)嵌入策略”是一種通過晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控正極材料本征電化學(xué)性能的有效策略,被廣泛應(yīng)用于多種正極宿主材料的研究,包括釩酸鹽、二維過渡族金屬硫化物、硒化物等。然而,關(guān)于“預(yù)嵌入策略”調(diào)控MnO2晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能之間關(guān)系的研究少有人總結(jié)和歸納。
圖1 預(yù)嵌入策略提高M(jìn)nO2材料性能的作用機(jī)制
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近期,北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)針對低成本電池正極材料MnO2的研究與發(fā)展進(jìn)行總結(jié),對通過合成過程預(yù)嵌入離子/分子能等“預(yù)嵌入策略”調(diào)控和優(yōu)化MnO2性能與相關(guān)機(jī)理進(jìn)行綜述及未來研究發(fā)展進(jìn)行展望。文章以“Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospect”為題,發(fā)表在國際著名科技期刊Advanced Materials(doi.org/10.1002/adma.202002450,IF=27)上。
MnO2在作為各種電池正極材料時一直存在一些難以解決的問題,包括MnO2的低電導(dǎo)率、低的可逆充放電深度,以及離子晶體結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散動力學(xué)緩慢等問題。預(yù)嵌入策略在MnO2正極材料應(yīng)用有積極的作用,包括提高電子/離子電導(dǎo)、促進(jìn)激活反應(yīng)活性位點(diǎn)、提高擴(kuò)散動力學(xué)、和提高電化學(xué)過程中材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性, 但預(yù)嵌入策略所面臨的一些挑戰(zhàn),研究團(tuán)隊(duì)針對基于該策略研發(fā)高性能MnO2材料提出了發(fā)展的展望。
該工作是在潘鋒教授指導(dǎo)下,由第一作者研究員趙慶賀、碩士生宋奧野和丁收香共同努力一起完成。該工作得到了國家材料基因工程重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)基金的大力支持。
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002450
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