锌离子预嵌δ型二氧化锰正极材料通过电解液协同策略构建长效水系质子电池

针对水系质子电池(APBs)正极材料比容量低、结构稳定性差的问题，研究人员通过Zn2+ 预嵌δ-MnO2 调控晶体结构，并创新性采用ZnSO4 电解液补充策略，成功实现150.2 mAh g?1 的可逆容量和83%的500次循环容量保持率，为开发高稳定性APBs提供了新思路。

　　

随着电子设备普及对储能需求的激增，传统锂离子电池受限于锂资源短缺和有机电解液安全隐患，而水系储能器件凭借成本低、安全性高等优势崭露头角。其中，水系质子电池(APBs)因H⁺
离子半径小、扩散动力学快成为研究热点，但正极材料在酸性电解液中的溶解问题严重制约其发展。δ-MnO₂
虽具有308.4 mAh g^?1
的理论容量，却面临锰溶解、结构坍塌和Jahn-Teller畸变等挑战。河北重点实验室的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，通过Zn²⁺
预嵌和电解液协同策略，成功开发出高稳定性APBs正极材料。

研究采用水热法制备Zn²⁺
预嵌δ-MnO₂
，通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析材料结构，结合电化学测试评估性能。电解液中添加ZnSO₄
以抑制Zn²⁺
脱嵌，通过扫描电镜(SEM)观察形貌演变。

材料制备
通过调控ZnSO₄
·7H₂
O添加量(0-1 mmol)制备系列Zn_x
MnO₂
材料。XRD显示适量Zn²⁺
可维持δ相结构，过量则转为α相。

结果与讨论
Zn²⁺
预嵌能扩大层间距、抑制Jahn-Teller畸变，使Zn_0.5
MnO₂
在0.1 A g^?1
下展现150.2 mAh g^?1
的可逆容量。电解液补充Zn²⁺
可缓解循环过程中的离子流失，使500次循环后容量保持率达83%，显著优于未改性样品。

结论
该研究证实Zn²⁺
预嵌与电解液协同可双重稳定δ-MnO₂
结构，为解决APBs正极材料瓶颈提供了创新方案。其提出的"结构调控-电解液补偿"协同机制，为设计高稳定性电极材料开辟了新路径，对推动绿色储能技术发展具有重要意义。