基于化学应变分析探究δ-MnO2在水系锌离子电池(AZIBs)中的循环稳定性机制

来自国内的研究人员针对水系锌离子电池(AZIBs)阴极机械降解这一关键瓶颈，通过自主研发的原位数字图像相关应变测试系统，揭示了δ-MnO2阴极在充放电过程中H+/Zn2+共嵌入引发的弹性形变与ZnMn2O4相变规律，发现提高电流密度可抑制不可逆塑性形变，为提升AZIBs循环寿命提供新策略。

　　

这项突破性研究通过创新的原位应变追踪技术，首次完整解析了δ型二氧化锰(δ-MnO₂)在水系锌离子电池(AZIBs)中的动态形变图谱。放电过程中，质子(H⁺)和二价锌离子(Zn²⁺)的协同嵌入会引发电极材料像弹簧般的弹性形变，随后材料会经历魔术般的结构重组，转变为尖晶石结构的锌锰氧化物(ZnMn₂O₄)。然而在充电时，材料却像经历了一场"记忆丧失"——伴随锌锰氧化物(ZnMn₃O₇)的生成，电极产生不可逆的塑性变形，就像被反复折叠的金属片般留下永久损伤。有趣的是，研究团队发现提高电流密度就像给电极施加"快进键"，能有效阻止有害相变的发生，使电极材料保持更好的结构完整性。这项发现为设计长寿命水系电池提供了重要启示：通过精准调控电化学反应动力学，可以像指挥交响乐般协调电极材料的形变行为，最终实现电池性能的全面提升。