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圖1：可充電ZMBs中錳基材料面臨的挑戰(zhàn)

圖2：MnO₂各種晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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

圖3

(a)Mn基競爭容量演化方案：微觀機制示意圖(中)、循環(huán)曲線和pH值(上)以及四個不同區(qū)域中Mn²⁺的濃度和貢獻率(下)。(b)基于Nernst方程的pH值與Mn²⁺沉積電位之間的關(guān)系，以及(c)不同pH區(qū)域中相應的主導反應。溶劑化結(jié)構(gòu)對陰極界面吸附的影響：(d) Mn²⁺-(H₂O)₆·(SO₄^2-)和(e)Mn²⁺-(H₂O)₃·(CF₃SO₃^–)兩種吸附物質(zhì)的電荷密度差異分布。紫色字符代表Mn的Bader電荷。青色字符代表電極表面附近水分子的巴德電荷。顏色代碼：紅色 O、白色 H、青色 C、黃色 S、粉色 F和紫色 Mn。

圖4：解決MnO₂正極問題的改性策略示意圖

圖5

(a)β-MnO₂納米棒的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。(b)β-MnO₂納米棒晶體結(jié)構(gòu)的圖示。_?(c)δ-MnO₂納米片的TEM圖像。(d)可充電Zn-MnO₂電池的充放電過程示意圖。(e)中空MnO₂納米球的低倍和(f)高倍透射電子顯微鏡(TEM)圖像。(g)δ-MnO_2-x-2.0的高倍SEM圖像。

圖6

(a)原始MnO₂和(b)AMO的結(jié)構(gòu)圖。(c,d)從第1000個循環(huán)的原位拉曼光譜中獲取的Al-O峰的等高線圖。β-MnO₂和Ce摻雜的α-MnO₂的(e)CV曲線和(f)電壓分布。(g)Cu-MnO₂的DFT計算：Cu-MnO₂和原始MnO₂的Zn²⁺遷移勢壘。(h)在PANI摻雜的MnO₂納米層中插入H⁺和Zn²⁺的示意圖。

觀點總結(jié)

總之，本文回顧了Zn-MnO₂電池從一次Zn-MnO₂電池到可充電Zn-MnO₂電池的發(fā)展，并詳細闡述了MnO₂正極的晶體結(jié)構(gòu)和電荷存儲機制。針對MnO₂正極的問題，研究人員總結(jié)了從離子插入/脫出機理和沉積/溶解機理衍生的問題的解決方案，包括MnO₂的改性、電解質(zhì)的優(yōu)化和電池結(jié)構(gòu)的設計。然而，不同的研究仍然存在一些不一致或爭議。在此，基于作者的理解和最好的知識，本文對機制探索、錳基材料的改性和Zn-MnO₂電池的開發(fā)提出了一些觀點，如下圖所示。

1.重點研究錳基材料的電荷存儲機理

2.加速錳基材料改性

3.Zn側(cè)對儲能機制和器件升級的影響

4.實驗室研究與工業(yè)應用的平衡

原文鏈接

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*