基于MnO₂的阴极水性可充电锌离子电池（ZIBs）具有良好的可持续性，被认为是低成本、高效、高安全的储能系统之一。然而，不稳定的电极结构和模糊的电荷存储机制阻碍了它们的发展。近日，东北大学伊廷锋、四川大学张千玉全面探讨了在δ-MnO₂阴极材料（FMO、CMO）中掺杂Fe³⁺和Co²⁺的作用，并利用原位和非原位表征、电化学分析和理论计算研究了Zn//FMO、Zn//CMO电池的工作机理。

本文要点：

1) 金属阳离子可以部分取代Mn形成M-O键，增强MnO₂的结构稳定性和氧化还原活性。研究发现，Fe掺杂有效地调节了Zn²⁺/H⁺与MnO₂结构之间的相互作用，抑制了ZnMn₂O₄（ZMO）副产物的形成，Co掺杂赋予了Zn²⁺的快速扩散能力。

2) FMO和CMO的电荷存储反应主要是通过H⁺/Zn²⁺嵌入/脱嵌，伴随着OTF碱类双氢氧化物Zn_x（OTF）_y（OH）_2x-y-nH₂O（Z-LDH）的沉积/溶解。该研究丰富了对可充电ZIB的基本理解，并揭示了修饰电极以提高性能的方法。

参考文献：

Taotao Li et.al Unlocking the Critical Role of Cations Doping in MnO2 Cathode with Enhanced Reaction Kinetics for Aqueous Zinc Ion Batteries Adv. Functional Mater. 2024

DOI: 10.1002/adfm.202423755

https://doi.org/10.1002/adfm.202423755