SCMs|从电负性角度选择Cu2+插层: 提高水系锌离子电池δ-MnO2正极材料的循环稳定性和倍率性能

离子插层已成为提高δ-MnO₂作为水系锌离子电池正极材料的循环稳定性和倍率性能的有效策略，但在实践中离子的选择似乎相当随意。

近日，兰州大学闫德副教授、黄娟娟副教授和彭尚龙教授等人在Science China Materials发表研究论文，选择Cu²⁺插层δ-MnO₂，因为Cu²⁺和Zn²⁺具有相似的直径，但Cu²⁺的电负性（1.359）略高于Zn²⁺（1.347），因此，Cu²⁺与MnO₂晶格具有更强的相互作用，并且在Zn²⁺和H⁺的嵌入/脱出循环期间可保持稳定。

本文要点：

1) Cu掺杂的δ-MnO₂（CMO）生成了Cu-O键，其电化学性能得到了较大的改善。在2 A g^-1的高电流密度下循环600次后，CMO表现出出色的循环稳定性和100%的容量保持率，而原始δ-MnO₂的容量保持率仅为23%。

2) 当电流密度从0.2增加到2.0 A g^-1时，CMO还表现出优异的倍率性能，容量保持率为72%，远高于原始δ-MnO₂（32%）。

3) 由于Cu²⁺比Zn²⁺具有更大的电负性，因此Cu-O键作为稳定的“结构之柱”提高了CMO的循环稳定性。

4) Cu²⁺掺杂还提高了CMO的电子电导率和离子电导率，降低了H⁺和Zn²⁺在电极/电解质界面的电荷转移电阻，从而提高了其倍率性能。

这项工作为使用插层策略提高电池电化学性能提供了新的见解。

文章信息

Liu Z., Liu Y., Zhang Y., et al. Selection of Cu²⁺ for intercalation from the electronegativity perspective: Improving the cycle stability and rate performance of δ-MnO₂ cathode material for aqueous zinc-ion batteries. Sci. China Mater. (2022).

https://doi.org/10.1007/s40843-022-2179-7

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