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樓雄文/谷曉俊/郭艷Adv. Sci.：具有氧空位和氮摻雜的KMn8O16實現(xiàn)穩(wěn)定的鋅離子電池

二氧化錳作為水系鋅離子電池（AZIBs）正極的發(fā)展受到固有電導率低和晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的嚴重限制。

新加坡南洋理工大學樓雄文、內(nèi)蒙古大學谷曉俊、郭艷等提出了一種多功能改性策略，通過簡單的一步水熱法，構(gòu)建了具有豐富氧空位和大比表面積的N摻雜KMn₈O₁₆（簡稱N-KMO）。

圖1 材料制備及表征

引入的氧空位、預嵌入的K⁺、N摻雜、大的比表面積和多孔結(jié)構(gòu)對提高N-KMO的導電性、促進離子吸附和擴散、提高倍率能力起著至關(guān)重要的作用。

此外，N摻雜到N-KMO的體相中可以通過抑制放電產(chǎn)物中Mn³⁺的Jahn–Teller畸變有效地提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，得益于這些協(xié)同效應，N-KMO正極表現(xiàn)出顯著改善的穩(wěn)定性和反應動力學，優(yōu)于原始MnO₂和僅含氧空位的MnO₂。

圖2 基于N-KMO正極的AZIBs的電化學性能

研究顯示，N-KMO正極在1 A g^?1下進行2500次循環(huán)后，仍可提供262 mAh g^?1的高可逆容量，容量保持率為91%。

同時，N-KMO正極還在10 A g^?1的高電流密度下實現(xiàn)了106 mAh g^?1的可逆比容量和10.6 kW kg^?1的高功率密度。此外，非原位表征表明，N-KMO正極的儲能機制主要基于H⁺和Zn²⁺的共嵌入/脫出過程。

圖3 N-KMO正極的儲能機制

Synthesis of Nitrogen-Doped KMn8O16 with Oxygen Vacancy for Stable Zinc-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202106067

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