我校本科生科创团队在水系锌离子电池正极材料领域取得重要进展

近日，资源与材料学院伊廷锋教授指导的本科生科创团队在水系锌离子电池正极材料领域取得重要进展，研究成果“Reversible construction of rigid-flexible layered-tunnel heterostructures endowing MnO₂ cathode with robust zinc ion storage(可逆构建刚柔层状隧道异质结构赋予MnO₂正极稳健的锌离子存储性能)”发表于中国科技期刊卓越行动计划领军期刊Journal of Energy Chemistry(中科院一区，影响因子14.9)。我校材料科学与工程专业2022级本科生宋卓云为本文的第一作者，我校伊廷锋教授、柳宗琳博士，黑龙江大学谢颖教授为论文通讯作者，东北大学秦皇岛分校为第一完成单位。

水系锌离子电池（AZIBs）因其成本低、安全性高和环境友好等优势，已成为储能领域的研究热点。然而，该类电池的商业化仍面临一个关键挑战：正极材料导电性差、结构不稳定，导致循环寿命有限。近年来，构建异质结构被广泛认为是提升锰基正极材料容量与结构稳定性的有效策略。已有研究通过复合不同材料形成异质界面以改善电化学性能，但此类方法常因两相晶格失配引发界面不稳定，限制其进一步发展。

基于此，作者团队创新性地提出在层状δ-MnO₂中引入Ce³⁺与Cu²⁺，构建了具有δ/α-MnO₂异质结构的正极材料。理论计算与实验表明，Cu²⁺替代Mn可激活Mn⁴⁺/Mn²⁺氧化还原对，实现局部双电子转移，显著提高比容量；Ce³⁺掺入诱导部分δ-MnO₂向α-MnO₂转变，形成具有内建电场的异质结构。该结构借助α相刚性骨架与δ相柔性锌存储层构成的“刚柔”体系，有效抑制层间坍塌与体积膨胀，防止应力集中。最终，CCMO正极实现455.4 mAh g^-1的高容量（0.2 A g^-1）、优异倍率性能和长循环稳定性（2 A g^-1下1500次循环容量保持率95%）。

本研究证实了异质结构与价态调控协同策略可以同时提高MnO₂正极的容量和稳定性，为水性锌离子电池（AZIB）中锰基正极的设计提供了一种新方法，进而促进了水系锌离子电池的实际应用。

高性能水系锌离子电池MnO₂正极材料的设计策略

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