用于MnO2阴极的动态保护多层结构：离子筛选与结构防护，提升锌离子电池的循环性能

《Advanced Materials》：Dynamic Protective Multi-Layers for MnO2 Cathodes: Ion Sorting and Structural Protection for Superior Zinc-Ion Battery Cycling Performance

本文设计了一种动态多保护界面层，有效解决了水系锌金属电池中锰基阴极的结构崩溃、锰溶解及动力学缓慢问题。该界面由外层高价氧化物层、中间低价氧化物与金属复合缓冲层及内层异质结层构成，显著提升电池在0.4 A g?1低倍率和10 A g?1高倍率下的循环稳定性（300次近乎零衰减）及电化学可逆性，为高性能水系锌电池提供了新策略。

　　

摘要

水系锌金属电池（AZMBs）具有高安全性、低成本和环保性等优点，其中基于锰的负极因锰资源丰富且理论容量较高而备受关注。然而，诸如晶格崩塌、锰离子溶解以及反应动力学缓慢等问题限制了其应用。本文通过简单的一步制造工艺设计了一种动态多保护层界面，该界面模仿了生物膜和细胞壁的结构与功能特性。该界面由三层组成：最外层的高价氧化物层可增强化学稳定性，并选择性促进质子插入的同时控制锌离子（Zn²⁺）的插入；中间层为低价氧化物与金属的复合层，作为缓冲层选择性吸附锰离子（Mn²⁺），从而抑制锰离子溶解并提高负极的化学稳定性；最内层为异质结层，通过晶格畸变和熵介导的电子离域作用增强导电性并减轻Jahn–Teller效应。经过表面改性的负极表现出优异的稳定性，在0.4 A g^?1的低电流密度下经过300次循环后容量衰减几乎为零，在10 A g^?1的高电流密度下可循环15000次。由于循环稳定性、倍率性能和电化学可逆性显著提升，这一策略为高性能的MnO₂基负极在AZMBs中的应用提供了有前景的解决方案。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。