近期，北京化工大學研究者提出可以通過高價鉬（Mo）離子摻雜二氧化錳（MnO2）電極材料的策略，來促進正四價錳離子（Mn4+）與正二價錳離子（Mn2+）的轉(zhuǎn)化，這對開發(fā)在中性或弱酸性環(huán)境下工作的高性能水系鋅錳電池具有重要意義。
Mo-MnO2電極儲能機制模型（圖源：Xiaoming Sun/Nano Research）
鋅錳電池（Zinc Manganese Battery）是一種以二氧化錳爲正極材料，鋅爲負極材料，氯化銨水溶液爲主電解液的原電池，具有存儲容量高、高電壓放電時間長、連續(xù)放電性能指標佳、維護頻率低、對生態(tài)環(huán)境較爲好友和原材料易得等優(yōu)點，因而深受廣大儲能研究者的歡迎。但是，由于 MnO2存在反應動力學慢和穩(wěn)定性較差的問題，所以嚴重限制鋅錳電池的實際應用。
爲了解決上述的問題，研究者提出了諸多可以改善MnO2電極材料不足的方法，如缺陷工程、元素摻雜和有機物改性等。北京化工大學研究者通過鉬元素的摻雜，來彌補二氧化錳電極材料的不足，即摻雜鉬元素的二氧化錳電極材料擁有更高的比容量、化學穩(wěn)定性和倍率性能。
儲能電池圖片
研究表明，高價態(tài)鉬離子可以與氧原子結(jié)合，進而誘導MnO2中的[MnO6]八面體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其在儲能過程中Mn4+充分轉(zhuǎn)化爲Mn2+，以獲得高比容量和反應動力學的Mo-MnO2正極材料。但是，Mo-MnO2正極材料仍存在一定的不足，即在循環(huán)一定時間後會出現(xiàn)Mo摻雜在Mn-O層板的溶出現(xiàn)象，從而導致電池容量和循環(huán)穩(wěn)定性下降。
該研究成果已以“Mo doping provokes two electron reaction in MnO2 with ultrahigh capacity for aqueous zinc ion batteries”爲題發(fā)表在國際知名期刊Nano research上。
