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科研动态

我院朱裔荣副教授在锌离子电池/电容器MnO2正极材料取得重大进展

2022326获悉,我院朱裔荣副教授在国际顶级期刊Energy Storage Materials (中科院一区TopIF 17.789)上发表了题为“Layered MnO2 nanodots as high-rate and stable cathode materials for aqueous zinc-ion storage”的研究论文,并受邀在能源学人公众号进行报道。

近年来,水系锌离子电池/电容器由于其高安全性和低成本等特点受到广泛的关注。在当前研究的正极材料中,二氧化锰 (MnO2) 因其储量丰富、价格低廉和高的理论容量而得到广泛的关注和研究。然而其低的电导率和不稳定的结构使其具有较差的倍率性能和循环稳定性,这极大地限制了MnO2材料的实际应用。因此,提升MnO2材料的倍率性能和循环稳定性对于构建高性能的水系锌离子电池/电容器具有重要的意义。

该工作通过简易的氧化还原反应合成了δ-MnO2 纳米点 (δ-MnO2 NDs) 材料(如图1所示),并将其首次作为正极材料用于水系锌离子电池/电容器中。与对比样品δ-MnO2 (C-MnO2) 相比,δ-MnO2 NDs具有超小的颗粒尺寸,可以增大电极材料的比表面积,缩短离子和电子的扩散路径,缓解充放电过程中电极材料结构变化引起的应力,从而获得增强的比容量、倍率性能和循环稳定性。以δ-MnO2 NDs作为正极,锌箔作为负极,构建了高比容、优良倍率和循环稳定的水系锌离子电池。同时,利用动力学分析验证了超小的颗粒尺寸可以显著改善MnO2正极的动力学性能(如图2所示),并利用非原位表征技术进一步探究了其充放电过程中的储能机理(如图3所示)。此外,以δ-MnO2 NDs作为正极,多孔碳作为负极,构建了水系锌离子电容器,也展现出良好的电化学性能。

1 δ-MnO2 NDs材料的合成示意图

2 δ-MnO2 NDsC-MnO2电极在锌离子电池中的电化学动力学分析

3 δ-MnO2 NDs电极在锌离子电池中的储能机理研究

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研究生唐恒 朱裔荣副教授

该论文的第一作者为硕士研究生唐恒,通讯作者为朱裔荣副教授,该研究得到了国家自然科学基金、湖南省教育厅优秀青年基金项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.03.042

此外,硕士研究生唐恒和朱裔荣副教授前期在国际顶级期刊Advanced Energy Materials (中科院一区TopIF 29.368)上发表了题为 “Recent Developments and Future Prospects for Zinc-Ion Hybrid Capacitors: a Review”的综述文章,该文章全面深入地论述了锌离子混合电容器的最新研究进展和发展前景,并受邀在MaterialsViews、科学材料站、材料人等公众号进行报道。该篇论文近期入选ESI 1%高被引论文,目前引用次数为58次。

(朱裔荣)

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