解读Mn2+的溶剂化作用及其在可充电非水系Mn-金属电池中的界面化学特性

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Deciphering Mn2+ Solvation and Interfacial Chemistry for Rechargeable Nonaqueous Mn-Metal Batteries

锰负极材料面临动力学挑战，通过2-甲氧基乙胺调节Mn2+溶剂化层和铟氮涂层增强界面工程，实现对称电池3400小时稳定循环和全电池400次循环后144 mAh/g容量。

　　

摘要

锰作为一种有吸引力的金属阳极材料，被用于多价离子电池中，因为它具有有利的氧化还原电位（相对于标准氢电极为?1.18 V）、较高的理论比容量（976 mAh g^?1）以及丰富的资源储量。然而，其实际应用受到一些动力学挑战的阻碍，包括Mn²⁺的强溶剂化效应、半填充3d轨道对电子的排斥作用以及氧化物层的表面钝化，这些因素共同导致了Mn沉积/剥离过程中的过电位过大。为了解决这些问题，本文提出了一种协同策略，该策略结合了使用2-甲氧基乙胺（MOEA）调节Mn²⁺的溶剂化行为和氮化铟（InN）进行电极界面工程。光谱分析和理论计算表明，MOEA调节的Mn²⁺溶剂化层降低了电荷转移过程中的能量障碍，而涂有InN的Mn阳极则利用丰富的成核位点促进了Mn的沉积。这些协同效应使得Mn||Mn对称电池在0.2 mA cm^?2的电流密度和0.2 mAh cm^?2的放电电流下，能够保持超过3400小时的优异沉积/剥离稳定性。将Mn阳极与芘-4,5,9,10-四酮（PTO）阴极配对组成的完整电池进一步验证了该策略的有效性，其比容量达到了144 mAh g^?1（在100 mA g^?12+溶剂化和界面化学提供了重要的基础见解。

图形摘要

本文采用了一种协同策略，结合了2-甲氧基乙胺（MOEA）调节的Mn²⁺溶剂化环境和氮化铟（InN）改进的电极界面工程，从而提高了Mn金属电池中Mn沉积/剥离的动力学性能和可逆性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。