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新材料学院在MnO2正极材料晶型演变、充放电及衰减机理研究取得重要进展
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    随着中国可再生能源的不断开发,用于可再生能源发电存储的大规模储能器件的需求不断提高。水系Zn-MnO2二元电池由于其低成本,高能量密度的特点,成为制备大规模储能器件的理想选择。传统的碱性Zn-MnO2电池容量衰减快、库伦效率低,并且存在严重的析氢副反应,因此发展具有优异可充放电性能的中微酸性体系Zn-MnO2电池成为当前科研界和产业界共同关心的问题。为了尽可能的增加MnO2正极材料的容量,提高循环稳定性,研究者们已经对MnO2正极进行了大量的研究。尽管如此,人们对于MnO2正极材料的充放电机制仍没有统一的结论。

    新材料学院潘锋教授团队近期对MnO2晶体生长机制、充放电机制和相应衰减机理进行了详细研究,相关成果发表在国际著名科技期刊Nano Energy(IF 15.548)上。该研究发现只有热力学稳定的MnO2相同时具备高容量和高循环稳定性,这点对于其他的过渡族金属氧化物正极(如Co3O4、NiOOH等)也有一定的普适性。同时发现H+的嵌入/脱出是β-MnO2正极材料充放电的本质。该工作首次清楚阐述了MnO2正极材料的容量衰减是由长期充放电循环后形成电化学惰性的ZnMn2O4造成的,对MnO2正极材料的产业化制备及应用具有积极的意义。

图1 微波辅助下氧化锰相变示意图

    该工作是在潘锋教授指导下,由团队成员刘明蔷(17级硕士生)、赵庆贺(特聘研究员)和刘浩(17级硕士生)等人共同完成。该工作得到了国家材料基因工程重点研发计划、广东省重点实验室、深圳市科技创新委员会等项目的大力支持。

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519306494