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在具有溫和水性電解質的鋅/錳氧化物電池系列中，很少考慮具有方鐵錳礦結構的立方α-Mn₂O₃，這是因為一般認為其缺少隧道和層狀結構，不易存儲Zn²⁺。然而近期研究表明，水系Zn/α-Mn₂O₃電池可以提供有前途的電化學性能，這意味著必須重新探討水系鋅金屬電池 (AZMBs) 中α-Mn₂O₃正極的電荷存儲機制。

在此，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）Stefano Passerini和Alberto Varzi等人系統(tǒng)全面地研究了α-Mn₂O₃的電荷存儲機制。結果表明，電化學誘導的從α-Mn₂O₃到層狀L-Zn_xMnO₂的不可逆相變，加上Mn²⁺和OH^–溶解到電解質中，使得Zn²⁺的可逆嵌入/脫出成為可能。

圖1. 分層m-α-Mn₂O₃微棒的合成過程及表征

此外，作者證明α-Mn₂O₃不是H⁺的主體，而在初始充電時由L-Zn_xMnO₂和電解液中的Mn²⁺形成的MnO₂是H⁺的主體。

基于這種電極機制，結合制備分層結構的介孔α-Mn₂O₃微棒陣列材料，在5.0 A g^-1 下具有103 mAh g^-1的前所未有的倍率能力以及在2.0 A g^-1下循環(huán)2000次的長壽命，每個循環(huán)的容量衰減僅為≈0.009%。

圖2. Zn/m-α-Mn₂O₃電池的電化學性能

Unveiling the Intricate Intercalation Mechanism in Manganese Sesquioxide as Positive Electrode in Aqueous Zn-Metal Battery, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202100962

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AEM: 揭示三氧化二錳作為水系鋅金屬電池正極的復雜插層機制

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