日期:2025-01-06 來源:黨委宣傳部融媒體中心
作者:齊芳 編輯:丁鵬翔 關(guān)注:[]
近日,,伊廷鋒教授團隊在水系鋅離子電池領域取得重要進展,,研究成果“Unlocking the Critical Role of Cations Doping in MnO2 Cathode with Enhanced Reaction Kinetics for Aqueous Zinc Ion Batteries(揭示陽離子摻雜在MnO2正極中的關(guān)鍵作用—提升水系鋅離子電池的反應動力學)”發(fā)表在材料領域國際頂刊Advanced Functional Materials(中科院一區(qū),,影響因子18.5),。材料科學與工程專業(yè)博士研究生李桃桃為第一作者,,我校伊廷鋒教授和四川大學張千玉副教授為論文通訊作者,,東北大學為第一完成單位,。
二氧化錳(MnO2)基水系可充電鋅離子電池(ZIBs)陰極具備良好的可持續(xù)性特點,,正被考慮用于低成本,、高安全性的儲能領域,。然而,MnO2陰極因不可逆相變,、錳溶解及低電導率等問題,,循環(huán)壽命和容量受限。盡管摻雜金屬陽離子提升MnO2性能的手段已廣泛探索,,但當前研究多集中于單一金屬陽離子比例的控制或與其他改性的協(xié)同效應上,,對金屬陽離子存在及其調(diào)控MnO2電荷存儲機理的研究尚少。

摻雜金屬陽離子(Fe3+/Co2+) FMO/CMO 結(jié)構(gòu)增強示意圖
基于此,,該研究團隊采用表面活性劑輔助沉淀法制備了納米片狀δ-MnO2及其Fe3+和Co2+摻雜改性材料FMO和CMO,,系統(tǒng)探究了摻雜對δ-MnO2電化學性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),,摻入Fe3+能夠調(diào)節(jié)Zn2+/H+與MnO2結(jié)構(gòu)之間的相互作用,,減輕Zn2+插入引起的晶格應變,抑制ZnMn2O4副產(chǎn)物的形成,。摻入Co2+能夠提高MnO2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,,促進Zn2+快速擴散,阻礙副產(chǎn)物形成,。理論計算表明,,在FMO和CMO中,相鄰的錳原子分別被Fe原子和Co原子取代。根據(jù)總態(tài)密度(TDOS)分析,,F(xiàn)MO和CMO在費米水平附近的連續(xù)電子占據(jù)表明其具有很高的電子導電性,。MnO2中引入Fe和Co能有效緩解離子插層與MnO2之間的強相互作用,有利于Zn2+/H+在MnO2層內(nèi)快速轉(zhuǎn)移,,而不會造成結(jié)構(gòu)破壞,。此外,F(xiàn)e3+和Co2+的引入顯著改變了過渡金屬層的電荷分布,,從而導致Fe和Co原子周圍的電荷減少,,這表明電子供體對高容量的作用。該研究為Zn//MnO2電池的設計與性能提升提供了新的思路,。
據(jù)悉,,李桃桃自2023年9月在東北大學攻讀博士學位以來,以第一作者身份先后在Advanced Functional Materials (影響因子18.5),、Coordination Chemistry Reviews (影響因子20.3),、Inorganic Chemistry Frontiers (影響因子6.1)、Transactions of Nonferrous Metals Society of China (影響因子4.7)等中科院一區(qū)期刊上發(fā)表論文5篇,,入選2024年度中國科協(xié)青年人才托舉工程博士生專項計劃,。