顆粒在線訊：1. 研究背景：

隨著國家雙碳目標(biāo)的推進和深化，風(fēng)能、太陽能等可再生能源在電力市場中的份額將大幅增加?？稍偕茉吹拈g歇性和分布式特征對電力系統(tǒng)中“源、網(wǎng)、荷”環(huán)節(jié)都提出了新的挑戰(zhàn)，迫切需要更安全、可靠、廉價的規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

二次電池技術(shù)具有安裝便利、選址靈活、能量密度高等優(yōu)點，是下一代規(guī)?；瘍δ芗夹g(shù)的優(yōu)選方案，其中，中性水系錳基鋅離子二次電池由于在安全、可靠、廉價的突出優(yōu)勢而被認(rèn)為是極具潛力的技術(shù)方案。但是，以二氧化錳為代表的錳基正極受制于其自身電導(dǎo)率低和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等問題，在能量密度、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性上表現(xiàn)欠佳。

為了提高電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，研究者已經(jīng)分別提出通過晶型調(diào)控、異質(zhì)原子摻雜、納米結(jié)構(gòu)設(shè)計、導(dǎo)電材料復(fù)合等優(yōu)化手段來改善錳基正極結(jié)構(gòu)來提高其儲能表現(xiàn)。盡管多種優(yōu)化策略并用的有益效果是顯而易見的，但與多策略綜合應(yīng)用相隨的往往是工藝難度和制備成本的幾何攀升，目前罕有使用上述兩種以上優(yōu)化策略的研究報道。因此，探索多策略優(yōu)化綜合優(yōu)化正極結(jié)構(gòu)的高效方法和儲能增強機制具有重要的科學(xué)研究和工程應(yīng)用價值。

2. 文章概述：

近日，西安交通大學(xué)李磊教授、王國隆副教授團隊綜合運用晶體工程、納米工程和復(fù)合材料工程方法，通過層狀二氧化錳結(jié)構(gòu)調(diào)控、鉀離子原位預(yù)嵌、多孔納米陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計和多級導(dǎo)電通路構(gòu)建的綜合策略，提出了一種性能優(yōu)異的多級結(jié)構(gòu)鉀型水鈉錳礦-納米碳水系鋅離子電池復(fù)合正極材料。該正極材料可以通過“一步水熱法”和該團隊發(fā)明的“石墨烯墨汁復(fù)合工藝”簡單、高效、批量化制備。研究發(fā)現(xiàn)，多種優(yōu)化策略的協(xié)同作用極大改善了錳基正極的反應(yīng)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而促進了儲能性能的顯著提升。同時，研究者還結(jié)合電化學(xué)分析和非原位表征也理清了該正極材料的H+/Zn2+共嵌儲能機制。

3. 圖文導(dǎo)讀

圖1. 材料制備示意圖

圖2. 材料光譜學(xué)表征

圖3. 材料電子顯微結(jié)構(gòu)表征

圖4. 正極材料的電化學(xué)儲能性能

圖5. 正極材料反應(yīng)動力學(xué)分析

圖6. 正極材料內(nèi)電子傳輸/離子擴散示意圖

圖7. 正極材料儲能過程的非原位分析

圖8. 正極材料儲能機制圖示

4. 結(jié)論

本研究綜合運用多種材料優(yōu)化策略，設(shè)計出了一種性能優(yōu)異的多級結(jié)構(gòu)鉀型水鈉錳礦-納米碳水系鋅離子電池復(fù)合正極材料，并通過一種簡便、高效、可批量化的工藝成功制備了所設(shè)計的材料。層狀晶體結(jié)構(gòu)、鉀離子預(yù)嵌、多孔納米片陣列以及多級納米碳導(dǎo)電通路的協(xié)同作用大幅改善了該正極的反應(yīng)動力學(xué)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而賦予其高比容量、高倍率性能及超長循環(huán)穩(wěn)定性，同時，H+/Zn2+共嵌為該正極的儲能機理，并深刻影響其儲能表現(xiàn)。研究成果對發(fā)展高性能水性鋅離子電池及其規(guī)?；瘍δ軕?yīng)用提供了新范例。

文章來源：Wiley MaterialsViews China公眾號