通过V5+掺杂对MnO2进行晶格工程改性，以制备高性能的水基Te–MnO2电池

《Journal of Materials Chemistry A》：Lattice engineering in MnO2via V5+ doping for high-performance aqueous Te–MnO2 batteries

水系Te-MnO?电池通过C@Te阳极和V??掺杂MnO?阴极解决传统Zn-MnO?电池的枝晶和结构稳定性问题，室温制备的V掺杂MnO?因Jahn-Teller畸变抑制和电子导电性提升，实现323.7 mAh/g容量及1000次循环93.5%保持率，协同机制促进H?/Zn2?可逆插层。

　　

水基锌-二氧化锰（Zn–MnO?）电池在大规模能量存储方面具有巨大潜力，但面临诸多挑战，例如阳极上形成枝晶以及阴极结构不稳定等问题。在此，我们提出了一种水基碲-二氧化锰（Te–MnO?）电池，该电池采用碳载碲（C@Te）替代锌金属阳极，并结合掺钒的二氧化锰（Mn???V?O?）作为阴极，以此克服传统Zn–MnO?电池的固有局限性。值得注意的是，Mn???V?O?可以通过室温下的氧化还原反应制备，从而在各种α-、β-、γ-和δ-型二氧化锰多晶型中有效掺入五价钒（V??）离子。这种掺杂后的Mn???V?O?由于Jahn-Teller畸变的抑制以及V 3d轨道与O 2p轨道的杂化作用，展现出更高的结构稳定性和电子导电性。因此，在0.1 A g?1的电流下，Mn???V?O?阴极的比容量达到323.7 mAh g?1；在0.5 A g?1的电流下经过1000次循环后，其容量保留率仍为93.5%，远优于未经掺杂的二氧化锰（P-MnO?）。机理研究和理论计算进一步揭示了这种掺杂机制的协同效应，包括电子传输能力的提升、离子吸附性能的优化以及结构稳定性的改善，表明五价钒的掺入促进了H?/Zn2?的可逆共插层现象。我们的研究表明，Te–MnO?电池可以成为传统Zn–MnO?电池的可行替代品，并为Mn???V?O?的合成提供了一种通用方法。