Valonia aegagropila形貌氧化锰(Mn2 O3 )的锂离子电池-超级电容器混合储能行为研究

针对过渡金属氧化物(TMOs)作为锂离子电池(LIBs)负极材料时存在的循环稳定性差、导电性不足等问题，研究人员通过均匀热分解法成功合成具有Valonia aegagropila形貌的纳米结构Mn2 O3 。该材料展现出1280 mA h g?1 的高初始放电比容量及830 mA h g?1 的稳定可逆容量，电化学动力学分析揭示其兼具电池与超级电容器的混合行为，为高性能储能材料设计提供新思路。

　　

锂离子电池(LIBs)作为现代便携式电子设备和电动汽车的核心动力源，其性能提升始终是能源材料领域的研究热点。然而，传统石墨负极理论容量仅为372 mA h g^?1
，已无法满足日益增长的高能量密度需求。过渡金属氧化物(TMOs)虽具有更高理论容量，却普遍面临导电性差、循环过程中体积膨胀严重等瓶颈问题。锰基氧化物因其丰富的氧化态、环境友好性和成本优势成为研究焦点，但如何通过形貌调控改善其电化学性能仍是重大挑战。

针对这一科学问题，齐齐哈尔医学院等机构的研究人员创新性地采用均匀热分解法，成功制备出具有Valonia aegagropila（一种海洋藻类球形结构）独特形貌的Mn₂
O₃
纳米材料。该研究通过系统的材料表征和电化学测试，证实这种特殊形貌可显著提升材料的锂离子存储性能，并首次发现其兼具电池与超级电容器的混合行为。相关成果发表在《Polyhedron》期刊，为设计高性能储能材料提供了全新视角。

关键技术方法包括：1) 以柠檬酸钠和碳酸锰为前驱体的均匀热分解合成；2) 700°C热处理获得纯相Mn₂
O₃
；3) X射线衍射(XRD)和电子显微镜表征材料结构；4) 恒电流充放电测试评估电化学性能；5) 动力学分析揭示储能机制。

【Synthesis of valonia aegagropila-shaped Mn₂
O₃
nanomaterials】
研究团队通过精确控制柠檬酸钠与碳酸锰的摩尔比(1:2)，在乙醇辅助下研磨40分钟实现分子级混合。热处理过程中，前驱体自组装形成直径约200-500 nm的Valonia aegagropila状球形结构，其表面由纳米片交错构成三维多孔网络。

【Results and discussion】
XRD证实产物为纯相正交晶系Mn₂
O₃
（标准卡片01–073-1826）。电化学测试显示，该材料在0.1 A g^?1
电流密度下初始放电容量达1280 mA h g^?1
，远超石墨理论容量。通过200次循环后仍保持830 mA h g^?1
的可逆容量，容量保持率约65%。动力学分析发现，电容贡献率随扫速增加而提升，表明存在表面主导的快速储能过程。

【Conclusions】
该研究成功构建了具有仿生形貌的Mn₂
O₃
负极材料，其特殊结构带来三大优势：1) 多孔球形结构促进电解液渗透；2) 纳米片缩短Li⁺
扩散路径；3) 高比表面积提供更多活性位点。更重要的是，通过Mn³⁺
的可逆氧化还原反应实现了稳定的容量输出，而独特的混合储能机制使其兼具高能量密度和快速充放电特性。

这项工作的科学价值在于：首次将Valonia aegagropila形貌引入锰氧化物合成，为纳米材料仿生设计提供新范式；揭示了Mn₂
O₃
的混合储能机制，打破了传统电极材料分类界限；开发的简易合成方法具有工业化应用潜力。未来通过与其他导电材料复合，有望进一步推动锰基氧化物在下一代储能器件中的实际应用。