李孟夏, 陆越, 王利斌, 胡先罗

Mn3O4@ZnO核壳结构纳米片阵列的可控合成及其在水系锌离子电池中的应用

李孟夏1, 陆越2, 王利斌1, 胡先罗1

(华中科技大学 1. 材料科学与工程学院; 2.中欧清洁与可再生能源学院, 武汉 430074)

锰基氧化物是一类非常有潜力的水系锌离子电池正极材料, 但是在充放电循环过程中面临结构坍塌而导致容量快速衰减。本研究结合微波水热法和原子层沉积法在碳布上构筑了具有核壳结构的Mn3O4@ZnO纳米片阵列, 经优化ZnO的包覆厚度后, Mn3O4充放电100个循环的容量保持率可以提高至60.3%。ZnO包覆层可以有效维持Mn3O4的结构稳定性, 并且避免其与电解液直接接触而被腐蚀溶解, 从而改善材料的储锌电化学性能。这种核壳状结构的设计为发展高性能水系锌离子电池锰基氧化物正极材料提供了一种有效的思路。

核壳结构; 锰基氧化物; 原子层沉积; 微波水热法; 水系锌离子电池

锂离子电池凭借其高能量密度在全球的新能源电池市场上取得了巨大的成功。但是, 昂贵的价格、有限的地球储量以及安全等问题限制了其大规模应用, 探究锂离子电池的替代器件迫在眉睫[1-3]。水系锌离子电池具有价格低廉、安全性高且环境友好等优点: (1)充放电过程中的双电子转移使其具有较高的理论容量; (2)水系电解液安全无污染且具有较高的离子电导率(~1 S·cm–1); (3)水系锌离子电池的组装简便易行, 不需要手套箱等昂贵复杂的设备。因此, 使用中性或者弱酸性电解液的水系可充锌离子电池具有广阔的应用前景[4-7]。……