金属–有机框架衍生的碳封装纳米MnO应用于水系锌电池

以下文章来源于MaterialsViews ，作者SSTR

为了高效地利用间歇性可再生能源（如风能、太阳能和潮汐能等）以及满足电动汽车和智能电网快速发展的需求，开发高性能且低成本大型储能系统的重要性日益增加。可充电水系金属电池由于其高安全性和低成本的特点引起了研究者们极大的兴趣。其中，可逆水系锌电池（RAZBs）由于锌所独有的优势而引起了特别的关注：氧化还原电势低（相对于标准氢电极SHE为–0.763 V），自然丰度高（年产量可达百万吨级），最重要的是其具有5854 Ah L−1和820 Ah kg−1的高理论容量。然而，由于缺少高电导率且可以负载Zn2+离子的高容量正极，RAZBs的能量密度仍受到限制。

近日，南开大学师唯教授与南方科技大学徐强教授合作报道了一例锰-没食子酸配合物，并通过简单退火处理得到了碳封装的纳米MnO（MnO@C），并研究了其在RAZBs中作为正极材料的应用。其原料没食子酸来源广泛，可以实现以生物质为原料的大规模生产。同时，原位生成的碳层使得该材料无需额外添加导电剂，提高了电化学活性材料的利用率。这些特性可以很好地降低实际电池的重量并提高体积能量密度。基于该正极材料和高浓ZnCl2电解液组装的电池在200个循环中，表现出1.60 V的高放电电压平台以及106 mA h g–1的可逆比容量。这项工作为RAZBs高性能阴极材料的发展提供新的方向，相关结果发表在Small Structures上。

图1（a）材料合成示意图；(b) Mn–GLA的FESEM图像；（c）Mn–GLA–900的TEM图像及元素分布图。

图2 Mn–GLA–900的电化学性能图及电池实物图。

图3 Mn–GLA–900的锌离子存储机理分析。

本研究使用具有高密度低成本的MOF作为前体合成了一例MnO@C水系锌离子电池正极材料。纳米尺度的MnO均匀分散在碳基底中，这使得材料本体电子电导率和电解液浸润性大大提高，因此实现了高电压平台下稳定的锌离子存储。该电化学可逆过程可归因于充电/放电过程中[ZnCl4]2−物种的可逆（脱）嵌入，伴随着MnO的氧化还原。该工作提供了一种以低成本MOF作为前驱体大量合成高性能水系锌离子电池锰氧化物正极材料的方法，为大规模储能体系中使用的正极材料提供了新的选择。

论文信息：

Metal–Organic Framework-Derived MnO Nanocrystals Embedded in a Spindle Carbon for Rechargeable Aqueous Zinc Battery with a Molten Hydrate Electrolyte

Hongwen Liu, Chih-Yao Chen, Jialong Jiang, Runhao Zhang, Lianli Zou, Yong-Sheng Wei, Peng Cheng, Qiang Xu*, Wei Shi*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202300071

转自：“蔻享学术”微信公众号

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