湖南工业大学朱裔荣副教授EnSM: 层状MnO2纳米点作为高倍率和稳定的水系锌离子电池/电容器正极材料

  • A+
▲第一作者:唐恒      

通讯作者:朱裔荣     
通讯单位:湖南工业大学    
论文DOI:10.1016/j.ensm.2022.03.042  

01

背景介绍


近年来,水系锌离子电池/电容器由于其高安全性和低成本等特点受到广泛的关注。在当前研究的正极材料中,二氧化锰 (MnO2) 因其储量丰富、价格低廉和高的理论容量而得到广泛的关注和研究。然而其低的电导率和不稳定的结构使其具有较差的倍率性能和循环稳定性,这极大地限制了MnO2材料的实际应用。因此,提升MnO2材料的倍率性能和循环稳定性对于构建高性能的水系锌离子电池/电容器具有重要的意义。

02

研究亮点


近日,湖南工业大学朱裔荣副教授通过简易的氧化还原反应合成了δ-MnO2 纳米点 (δ-MnO2 NDs) 材料,并将其首次作为正极材料用于水系锌离子电池/电容器中。与对比样品δ-MnO2 (C-MnO2) 相比,δ-MnO2 NDs具有超小的颗粒尺寸,可以增大电极材料的比表面积,缩短离子和电子的扩散路径,缓解充放电过程中电极材料结构变化引起的应力,从而获得增强的比容量、倍率性能和循环稳定性。以δ-MnO2 NDs作为正极,锌箔作为负极,构建了水系锌离子电池,实现高的比容量(0.1 A g-1时为335 mAh g-1)、优良的倍率性能(2.0 A g-1时为125 mAh g-1)和良好的循环寿命(1000次循环后容量保持率为86.2%)。同时,利用基于CV、GITT、EIS的动力学分析验证了超小的颗粒尺寸可以显著改善MnO2正极的动力学性能,并利用XRD、FESEM、XPS非原位表征技术进一步探究了其充放电过程中的储能机理。此外,以δ-MnO2 NDs作为正极,多孔碳作为负极,构建了水系锌离子电容器,也展现出良好的电化学性能。

03

图文分析


▲图1 δ-MnO2 NDs材料的合成示意图

▲图2 δ-MnO2 NDs和C-MnO2 材料的物理表征

▲图3 δ-MnO2 NDs和C-MnO2 电极在锌离子电池中的电化学性能对比 

▲图4 δ-MnO2 NDs和C-MnO2 电极在锌离子电池中的电化学动力学分析

▲图5 δ-MnO2 NDs电极在锌离子电池中的储能机理研究

▲图6 δ-MnO2 NDs电极在锌离子电容器中的电化学性能

研究成果于2022年3月26日以“Layered MnO2 nanodots as high-rate and stable cathode materials for aqueous zinc-ion storage”为题发表在国际顶级期刊Energy Storage Materials上。湖南工业大学硕士研究生唐恒为本文第一作者,朱裔荣副教授为通讯作者。

文章链接如下:
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.03.042

04

作者介绍


第一作者简介:
唐恒,湖南工业大学材料与先进制造学院2019级硕士研究生,主要从事锌离子电池/电容器的研究。以第一作者在Advanced Energy Materials, Energy Storage Materials国际顶级期刊上发表SCI论文2篇。

通讯作者简介:
朱裔荣,湖南工业大学副教授,工程师,硕士生导师,新能源材料系系主任,湖南省优秀博士学位论文奖获得者,入选湖南工业大学渌江学者“精英人才”计划。主要研究领域:新能源材料与储能器件(超级电容器、锌离子电池/电容器)。2008年获中南大学应用化学专业工学硕士学位;2008-2012年在株洲宏达电子有限公司从事军用电容器的生产工艺技术和研发工作;2015年获中南大学冶金物理化学专业工学博士学位;2016-2019年在中南大学材料科学与工程博士后流动站工作。先后主持国家自然科学基金、中国博士后特别资助基金、中国博士后面上基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅优秀青年基金及企业军科研项目等。以第一/通讯作者在Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials, Energy Storage Materials, Nano‑Micro Letters等知名期刊上发表SCI论文40余篇,其中ESI热点论文2篇,ESI高被引论文8篇,论文他引5000余次,H指数42。担任Rare Metals青年编委;担任Advanced Functional Materials, Energy Storage Materials等30余个国内外知名期刊的审稿人。申请及授权国家发明专利10余项。获湖南省国防科学技术进步三等奖(第1)、株洲市科学技术进步三等奖(第2)等。


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0