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2025年2月28日，国际著名期刊《Journal of Power Sources》上发表了题为“Optimized preparation of delta-manganese oxide for energetic zinc-manganese oxide batteries“ 的研究性论文。论文使用水热法制备了δ-MnO2，研究聚焦在合成MnO2成的优化条件上，系统探究了不同制备条件下合成材料的形貌、成分以及电化学性能。为开发具有高电化学性能的δ-MnO2阴极提供了优选的基础材料。河南工业大学郑新华博士为该论文的第一作者，河南工业大学刘世凯教授为通讯作者。《Journal of Power Sources》是一本专注于电化学电源科学、技术和应用的国际性学术期刊。
第一作者：郑新华
通讯作者：刘世凯
单位：河南工业大学
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水系锌电池以其成本效益高、安全性高、使用寿命长等显著优势，在大规模储能应用领域引起了广泛关注。二氧化锰正极具有低成本、环境友好、理论容量高等优势被广泛的研究，水系锌锰电池也被认为是后锂时代优选的储能器件之一。尽管二氧化锰阴极的研究取得了重大进展，但仍面临诸多的挑战限制了其产业化的进程。二氧化锰阴极的主要问题包括循环过程中的不可逆相变、体积变化和结构崩溃，导致电池容量的快速衰减。此外，二氧化锰的电导率较差，限制了其电化学动力学。为了更好地匹配锌阳极的高容量和高可逆性，有必要对二氧化锰进行改性。
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图1.δ-MnO2阴极材料的制备示意图。
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图2.不同水热温度下制备的δ-MnO2阴极材料的电化学性能及表征。
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图3.不同水热时间下制备的δ-MnO2阴极材料的电化学性能及表征。
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图4.最优条件制备的δ-MnO2阴极材料的基础表征。
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图5.优化条件下δ-MnO2阴极材料的电化学性能和表征。
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图6.锌锰电池的储能机制。
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这项工作聚焦在优化水热温度和时间合成高纯δ-MnO2，作为一种极具潜力的锌锰电池正极材料，实现了高可逆的Zn2+/H+共嵌入/脱嵌。得益于优化条件下δ-MnO2的晶体相和形态特征，构建的锌锰电池在0.2 A g-1的电流密度下展现出304 mAh g-1的比容量，并且在0.5 A g-1的电流密度下循环500次后保留122 mAh g-1的比容量。虽然使用该δ-MnO2组装的锌锰电池在长时间的电化学循环中经历了容量衰减。但是通过最佳的水热条件合成的δ-MnO2正极材料，可以为后续开发高稳定的二氧化锰正极提供优化的基础材料。
Xinhua Zheng, Bibo Han, Song Wu, Ting Li, A.F. Mohamed, Shikai Liu. Optimized preparation of delta-manganese oxide for energetic zinc-manganese oxide batteries. Journal of Power Sources, 630, 2025, 236114. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.236114
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撰稿：郑新华
编辑：环境与能源功能材料
审核：刘世凯
郑新华（第一作者），男，1992出生，理学博士，2023年6月于中国科学技术大学获得博士学位，主要从事低成本、高安全水系储能电池的研发及其产业化工作。2023年7月入职河南工业大学材料科学与工程学院。共主持参与基金项目3项。在Nature Communications、Advanced Energy Materials、Nano Letters、Energy Storage Materials、Energy & Environmental Materials等期刊发表SCI论文30余篇，H因子15，授权国家发明专利3项。担任国际期刊“Frontiers in Photonics”联合编辑，Energy Storage Materials、MRS Communications、IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng.等期刊审稿人。刘世凯（通讯作者），男，1979年12月生，河南登封人，中共党员，教授，博士，硕士生导师，校课程思政教学名师；现任无机非金属材料系主任、无机非系教工党支部书记。2009年6月毕业于吉林大学超硬材料国家重点实验室凝聚态物理专业。主要研究方向为无机纳米陶瓷粉体的制备和应用研究，特别致力于纳米（复合）氧化锆、碳化硅和氧化铝的新型制备与改性工作等。发表论文被SCI收录40余篇，主持完成厅级以上科研项目9项，授权国家发明专利5项。承担本科课程《热工过程及设备》和《结晶矿物岩相学》，研究生课程《材料热力学》；主讲《结晶矿物岩相学》课程入选河南省第二批一流本科课程，相关成果获评2021年河南省教学信息化优秀成果一等奖；主讲《热工过程及生产设备》课程获评校一流本科课程、在线开放课程和课程思政样板课程；连续三届（2017、2018和2019届）获评河南工业大学毕业生“我心目中最优秀的老师”称号；河南工业大学第六届、第九届、第十届和第十二届教学大奖赛一等奖；2018年获首届“校长教学质量奖”；2017年河南省教学技能大赛一等奖并授予省“教学标兵”称号等。![]()
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