薛军民教授/W.S.V. Lee教授AEM综述：水性可充电锌离子电池锰基氧化物缺陷工程研究进展- 大数跨境

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薛军民教授/W.S.V. Lee教授AEM综述：水性可充电锌离子电池锰基氧化物缺陷工程研究进展

科学材料站

2020-08-04

导读：本文作者简要介绍了通过缺陷工程改善现有锰基材料电化学性能的可能增强策略。本文综述了四种常见的缺陷工程类型、制备策略以及缺陷工程对电化学性能的影响。此外，作者还对缺陷工程的未来方向提供了一个简短的展望。

通讯作者：薛军民*，Wee Siang Vincent Lee*

单位：新加坡国立大学

背景简介

水溶液锌离子电池（ZIB）的先进正极材料的开发是人们朝着建设未来大规模绿色能源转换和储存系统迈出的关键一步。近年来，人们通过缺陷工程技术在开发ZIB用锰基氧化物方面取得了重大进展，提高了材料的固有容量和能量密度。

文章介绍

近日，新加坡国立大学大学薛军民教授、Wee Siang Vincent Lee教授在国际顶级期刊Advanced Energy Materials 上发表题为“Defect Engineering in Manganese-Based Oxides for Aqueous Rechargeable Zinc-Ion Batteries: A Review”的研究工作。

本文从以下几个方面综述了近年来锰基氧化物水溶液缺陷工程的研究进展：1）常用锰基氧化物的结构和性能；2）常见缺陷工程类型的分类；3）各种策略用于制造材料缺陷，以及4）各种缺陷工程对锰基氧化物电化学性能的影响。最后，对锰基氧化物的缺陷工程进行了展望，以进一步提高其作为ZIB正极的电化学性能。

该文章第一作者为Ting Xiong，薛军民教授和Wee Siang Vincent Lee教授为本文共同通讯作者。

要点解析

要点一：各种锰基氧化物的晶体结构

图1.各种锰基氧化物的晶体结构。

a） α-MnO2

b） β-MnO2

c） γ-MnO2

d） λ-二氧化锰

e） R-MnO2

f） δ-MnO2

g）四氧化二锰

h） ZnMn2O4（尖晶石型）

要点二：锌离子电池的原理图。

图2.

a） Zn2+插入/提取

b）化学转化反应

c） H+/Zn2+插入/提取

要点三：

图3.

a）缺氧δ-MnO2对锌离子储存的机理，以及Zn2+在完全和缺氧δ-MnO2表面的吸附能计算。b） H+和Zn2+插入β-MnO2的DFT计算

c）锌在ZnMn2O4和氧萃取ZnMn2O4中扩散的能量分布

d）理想K0.8Mn8O16和氧缺陷K0.8Mn8O16在H+储存后的电荷分布和结构

e）缺氧Mn3O4纳米点的晶体结构。

结论

水性可充电ZIB由于其台式组装方法和低成本的制造工艺而具有明显的优势。ZIBs以其低成本、高安全性、环保性、低毒性、制造简单、电化学性能优异等优点成为近年来研究最多的电池系统之一。虽然期望ZIB技术能够改变储能系统目前的前景还为时过早，但在正极材料方面的更大开发可能是促进这种转变的一种可能途径。据报道，ZIB的电化学性能正在迅速提高。然而，由于容量不足、能量密度大、稳定性差等问题，ZIBs在储能市场的商业化还有很长的路要走。

因此，在本文中，作者简要介绍了通过缺陷工程改善现有锰基材料电化学性能的可能增强策略。本文综述了四种常见的缺陷工程类型、制备策略以及缺陷工程对电化学性能的影响。此外，作者还对缺陷工程的未来方向提供了一个简短的展望。因此，通过这篇综述，作者期望缺陷工程可以成为开发高容量和高循环稳定性的锰基氧化物的可行方法。

文章链接:

Defect Engineering in Manganese-Based Oxides for Aqueous Rechargeable Zinc-Ion Batteries: A Review

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202001769

导师简介:

薛俊民是新加坡国立大学社会科学院副教授。1997年获中国科学院上海陶瓷研究所博士学位。他一直致力于设计和制造用于能源应用的新型功能纳米结构材料，具有两个特定的重点：（1）开发新一代分解水催化剂；（2）设计高效的储能和发电装置。引用：哈工大官网