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针对 aqueous zinc-ion batteries（ZIBs）高性能正极材料开发难题，研究人员采用球磨法制备 MnO?/CNT 复合正极。该材料在 0.1 A g?1 下比容量达 388.5 mAh g?1，500 次循环后容量保持率 67.51%，为 ZIBs 正极设计提供简单 scalable 方案。
在能源存储领域，随着电子设备和电动汽车需求激增，开发安全、环保的储能器件迫在眉睫。水系锌离子电池（ZIBs）因安全性高、锌资源丰富且环境友好，被视为锂离子电池的理想替代方案。然而，其发展面临高性能正极材料匮乏的关键挑战。以二氧化锰（MnO?）为例，尽管它成本低、储量丰富且容量较高，但存在离子扩散缓慢、导电性差以及在锌离子（Zn2?）嵌入 / 脱出过程中结构不稳定等问题，导致容量快速衰减，严重制约了 ZIBs 的实际应用。
为解决上述难题，广西大学化学化工学院的研究人员开展了相关研究。他们通过简单且可规模化的球磨法，制备了二氧化锰包覆碳纳米管（MnO?/CNT）复合材料，并将其作为 ZIBs 的正极材料。研究表明，该复合材料展现出优异的电化学性能，为高性能 ZIBs 正极材料的设计提供了新方向。此项研究成果发表在《Inorganic Chemistry Communications》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先通过水热法制备棒状 MnO?材料，将高锰酸钾（KMnO?）溶液与硫酸锰（MnSO??H?O）溶液混合后，在 140°C 下于高压釜中反应 12 小时，经洗涤、干燥得到 MnO?；然后将干燥的 MnO?前驱体与不同比例的碳纳米管（CNT）混合，转移至球磨罐中，在高能球磨机中进行球磨处理，得到 MnO?/CNT 复合材料。
结果和讨论
复合材料的制备与结构表征
通过水热法可大量制备棒状 MnO?材料，将其与碳纳米管按不同比例混合后经高能球磨，得到 MnO?/CNT 复合材料。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，复合材料形成了交联网络结构，这种结构有助于提升材料的导电性和结构稳定性。
电化学性能测试
优化后的 MnO?/CNT???电极在完全活化后，于 0.1 A g?1 电流密度下展现出 388.5 mAh g?1 的高比容量。长期循环稳定性测试表明，在 1.0 A g?1 电流密度下，经过 500 次循环后，容量保持率为初始容量（206.42 mAh g?1）的 67.51%；在 0.5 A g?1 电流密度下，500 次循环后容量保持率为 53.34%。
性能提升机制分析
MnO?/CNT 复合材料性能提升归因于以下几点：一是碳纳米管的高导电性构建了良好的导电网络，增强了材料的电导率；二是交联网络结构优化了 Zn2?的扩散动力学，促进了离子传输；三是稳定的结构完整性有效抑制了 MnO?在循环过程中的结构坍塌和锰溶解，从而提升了循环稳定性。
与其他复合材料的性能对比
与此前研究中采用油浴、水热等方法制备的 MnO?与石墨烯或碳纳米管复合材料相比，该研究通过球磨法制备的 MnO?/CNT 复合材料在比容量和循环稳定性方面具有一定优势，且该方法无需溶剂，成本低、易规模化。
研究成功通过简单球磨法合成 MnO?/CNT 复合材料，其作为水系 ZIBs 正极材料表现出优异的电化学性能，包括高比容量和长循环稳定性。该复合材料的交联网络结构有效增强了电导率、优化了 Zn2?扩散动力学并维持了结构稳定。此研究为设计高性能 ZIBs 正极材料提供了一种简单、可扩展的方法，有助于推动 ZIBs 在能源存储领域的实际应用，为解决当前储能器件面临的材料瓶颈问题提供了新的思路和技术路径。
