AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制

在具有温和水性电解质的锌/锰氧化物电池系列中，很少考虑具有方铁锰矿结构的立方α-Mn₂O₃，这是因为一般认为其缺少隧道和层状结构，不易存储Zn²⁺。然而近期研究表明，水系Zn/α-Mn₂O₃电池可以提供有前途的电化学性能，这意味着必须重新探讨水系锌金属电池 (AZMBs) 中α-Mn₂O₃正极的电荷存储机制。

在此，德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）Stefano Passerini和Alberto Varzi等人系统全面地研究了α-Mn₂O₃的电荷存储机制。结果表明，电化学诱导的从α-Mn₂O₃到层状L-Zn_xMnO₂的不可逆相变，加上Mn²⁺和OH^–溶解到电解质中，使得Zn²⁺的可逆嵌入/脱出成为可能。

图1. 分层m-α-Mn₂O₃微棒的合成过程及表征

此外，作者证明α-Mn₂O₃不是H⁺的主体，而在初始充电时由L-Zn_xMnO₂和电解液中的Mn²⁺形成的MnO₂是H⁺的主体。

基于这种电极机制，结合制备分层结构的介孔α-Mn₂O₃微棒阵列材料，在5.0 A g^-1 下具有103 mAh g^-1的前所未有的倍率能力以及在2.0 A g^-1下循环2000次的长寿命，每个循环的容量衰减仅为≈0.009%。

图2. Zn/m-α-Mn₂O₃电池的电化学性能

Unveiling the Intricate Intercalation Mechanism in Manganese Sesquioxide as Positive Electrode in Aqueous Zn-Metal Battery, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100962

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AEM: 揭示三氧化二锰作为水系锌金属电池正极的复杂插层机制

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