基于MnO2的陰極水性可充電鋅離子電池（ZIBs）具有良好的可持續性，被認為是低成本、高效、高安全的儲能系統之一。然而，不穩定的電極結構和模糊的電荷存儲機制阻礙了它們的發展。近日，東北大學伊廷鋒、四川大學張千玉全面探討了在δ-MnO2陰極材料（FMO、CMO）中摻雜Fe3+和Co2+的作用，并利用原位和非原位表征、電化學分析和理論計算研究了Zn//FMO、Zn//CMO電池的工作機理。
本文要點：
1) 金屬陽離子可以部分取代Mn形成M-O鍵，增強MnO2的結構穩定性和氧化還原活性。研究發現，Fe摻雜有效地調節了Zn2+/H+與MnO2結構之間的相互作用，抑制了ZnMn2O4（ZMO）副產物的形成，Co摻雜賦予了Zn2+的快速擴散能力。
2) FMO和CMO的電荷存儲反應主要是通過H+/Zn2+嵌入/脫嵌，伴隨著OTF堿類雙氫氧化物Znx（OTF）y（OH）2x-y-nH2O（Z-LDH）的沉積/溶解。該研究豐富了對可充電ZIB的基本理解，并揭示了修飾電極以提高性能的方法。
Taotao Li et.al Unlocking the Critical Role of Cations Doping in MnO2 Cathode with Enhanced Reaction Kinetics for Aqueous Zinc Ion Batteries Adv. Functional Mater. 2024
https://doi.org/10.1002/adfm.202423755
