近期，北京化工大學(xué)研究者提出可以通過(guò)高價(jià)鉬（Mo）離子摻雜二氧化錳（MnO2）電極材料的策略，來(lái)促進(jìn)正四價(jià)錳離子（Mn4+）與正二價(jià)錳離子（Mn2+）的轉(zhuǎn)化，這對(duì)開(kāi)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。
儲(chǔ)能電池圖片
鋅錳電池（Zinc Manganese Battery）是一種以二氧化錳為正極材料，鋅為負(fù)極材料，氯化銨水溶液為主電解液的原電池，具有存儲(chǔ)容量高、高電壓放電時(shí)間長(zhǎng)、連續(xù)放電性能指標(biāo)佳、維護(hù)頻率低、對(duì)生態(tài)環(huán)境較為好友和原材料易得等優(yōu)點(diǎn)，因而深受廣大儲(chǔ)能研究者的歡迎。但是，由于 MnO2存在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)慢和穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，所以嚴(yán)重限制鋅錳電池的實(shí)際應(yīng)用。
為了解決上述的問(wèn)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?fù)诫s和有機(jī)物改性等。北京化工大學(xué)研究者通過(guò)鉬元素的摻雜，來(lái)彌補(bǔ)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(xué)穩(wěn)定性和倍率性能。
Mo-MnO2電極儲(chǔ)能機(jī)制模型（圖源：Xiaoming Sun/Nano Research）
研究表明，高價(jià)態(tài)鉬離子可以與氧原子結(jié)合，進(jìn)而誘導(dǎo)MnO2中的[MnO6]八面體的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使其在儲(chǔ)能過(guò)程中Mn4+充分轉(zhuǎn)化為Mn2+，以獲得高比容量和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)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(shí)間后會(huì)出現(xiàn)Mo摻雜在Mn-O層板的溶出現(xiàn)象，從而導(dǎo)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”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊Nano research上。
