安徽大学鹿可团队: 可逆Zn²⁺插入/提取+防止活性水攻击→解决阴极溶解

学术   2025-01-02 10:50   英国  

文章概述

水系锌离子电池因其低成本和高安全性而被视为有前途的储能技术。在众多正极材料中,具有 2x2 隧道结构的 α-MnO₂ 具有显著潜力,但其实际应用受限于严重的容量衰减、低放电容量和差的循环可逆性。
近日,安徽大学鹿可教授带领研究团队采用亲水的植酸单分子自组装在 α-MnO₂ 表面以加速界面水合 Zn²⁺ 的去溶剂化过程,实现可逆的 Zn²⁺ 插入/提取,并保护正极材料不受活性水分子的攻击,实现了高容量且可逆的水系 Zn-MnO₂ 电池。
  • Figure 1 加快锌离子脱溶剂化示意图和容量性能对比图
该工作利用自组装植酸 (PA) 改性二氧化锰的界面。通过化学键合,PA 分子牢固地附着在基底上,防止 PA 溶解在电解质中。改性层可以增强阳离子的吸附,促进界面水合 Zn²⁺ 的去溶剂化过程。这种改性不仅能够实现有效的可逆 Zn²⁺ 插入/提取,而且还防止活性水分子的攻击,从而防止电池循环期间的阴极溶解。
实验表征研究表明,受保护的 MnO₂ 阴极表现出令人印象深刻的 273 mAh g⁻¹ 的比容量,其中锌嵌入容量在 0.1 A g⁻¹ 的电流密度下贡献超过 60%。此外,概念验证型锌离子袋式电池可达到 300 Wh kg⁻¹ 的高能量密度,并在 100 次循环后保持 77% 的容量。

该成果以“Tunable Zn²⁺ de-solvation behavior in MnO₂ cathodes via self-assembled phytic acid monolayers for stable aqueous Zn-ion batteries”(《自组装植酸单分子层调整 MnO₂ 正极材料中 Zn²⁺ 去溶剂化行为》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Nanoscale 上,并入选为 hot article

论文信息

  • Tunable Zn²⁺ de-solvation behavior in MnO₂ cathodes via self-assembled phytic acid monolayers for stable aqueous Zn-ion batteries

    Tianhang Ding, Shichao Yu, Ziyu Feng, Bin Song*, Hong Zhang * and Ke Lu*鹿可,安徽大学)

    Nanoscale, 2024, 16, 21317-21325
    https://doi.org/
    10.1039/D4NR03635B

作者简介

鹿可 教授
安徽大学

本文通讯作者,现任安徽大学正教授。2018 年获山东大学博士学位。2017-2018 年,在同济大学汽车新能源研究所做访问博士生,师从黄云辉教授。在此之前,他曾在北伊利诺伊大学和阿贡国家实验室担任博士后研究员(2018-2020)。他发表了 90 多篇同行评议论文,h 指数为 34。团队从事电化学和相关应用。

相关期刊

A high impact, peer reviewed journal publishing experimental and theoretical work across the breadth of nanoscience and nanotechnology

rsc.li/nanoscale

Nanoscale

2-年影响因子*5.8
5-年影响因子*6.1
JCR 分区*Q1 物理-应用
Q1 化学-多学科
Q1 材料-多学科
Q2 纳米科学技术
CiteScore 分12.1
中位一审周期37 


Nanoscale 发表有关纳米科学和纳米技术的高质量研究报道,包括各种跨学科的实验研究和理论研究,涉及的研究主题有纳米结构和纳米材料的合成、功能纳米材料和生物组装体的表征、纳米材料的性质、自组装和分子组织、复杂的杂化纳米结构、纳米复合材料、纳米颗粒、纳米晶体、纳米团簇、纳米管、纳米线、纳米催化、纳米理论建模、纳米电子学和分子电子学、纳米光子学、纳米芯片、纳米传感器、纳米流体和纳米加工、碳基纳米材料和装置、纳米仿生材料、纳米生物技术/生物纳米材料、纳米医学、纳米技术的监管方法和风险评估等等,对物理、化学、生物学、医学、材料、能源/环境、信息技术、检测科学、医疗保健和药物研发、电子工程等领域的科研人员具有广泛的吸引力。该刊由英国皇家化学会同中国国家纳米科学中心共同出版。

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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
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