SCMs|多孔炭封装的MnO颗粒复合电极及其锂离子电容器应用

转换型阳极材料因较高的比容量在储锂方面具有较大的应用潜力，但是严重的体积膨胀和低电导率限制了此类电极材料的倍率和循环性能。近日，青岛大学陈海潮副教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，设计了一种双金属锌锰基金属有机骨架(ZnMn-MOF)材料，并成功地将其转化成多孔炭封装的MnO颗粒(MnO/PC)复合电极材料。

配位锌组元的模板和活化作用赋予PC基体多孔结构，能够显著地提高PC基体与MnO颗粒的相容性，导致MnO颗粒完全封装于PC基体中。更重要的是，PC基体的多孔结构为缓冲MnO的体积变化提供了足够的空间，经过反复的充放电循环后MnO仍完全封装于PC基体而不发生破裂乃至破碎。

研究结果表明，MnO/PC同时具有较高的电荷储存容量、优异的倍率性能和超长的循环稳定性。MnO/PC在0.1 A g⁻¹时具有768 mA h g⁻¹的比容量，在0.7 A g⁻¹时其比容量仍能保持487 mA h g⁻¹，并且在0.3 A g⁻¹循环500次后性能未衰减。

值得关注的是，MnO/PC在锂离子电容器中与电容型活性炭电极表现出良好的匹配性，组装的锂离子电容器在比功率为210 W kg⁻¹时实现了153.6 W h kg⁻¹的比能量，并且在比功率为63.0 kW kg⁻¹时仍能维持71.8 W h kg⁻¹的比能量。

图1 MnO/PC//AC锂离子电容器的构造和性能。

文章信息

Jiang, S., Yun, S., Cao, H. et al. Porous carbon matrix-encapsulated MnO in situ derived from metal-organic frameworks as advanced anode materials for Li-ion capacitors. Sci. China Mater. (2021). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1727-3

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