摘要
随着“碳达峰”、“碳中和”目标深入人心，迫切需要进行能源与科技革命。储能技术的发展有利于风能、太阳能等波动性较大的新型绿色能源大规模接入电网中。水系锌离子电池因理论容量高、安全性好、环境污染小和成本低廉等优点成为研究热点。锰基氧化物是水系锌离子电池非常重要的正极材料之一，具有理论容量高、成本低以及环境污染小等优点，是一种非常有应用前景的正极材料。但锰基氧化物的导电性不佳、结构不稳定等问题限制了其在水系锌离子电池中的大规模应用。本文通过表面包覆、调控形貌以及晶型等手段提升锰基氧化物的电化学性能。具体研究内容如下: (1)采用液相氧化聚合法在锰酸锂(LMO)表面均匀包覆一层聚丙烯酸锂，获得了样品Li-PAA@LMO。Li-PAA包覆层对样品形貌以及结构影响甚微，但在样品中引入了更多的氧缺陷。在0.1 A/g电流密度下，Li-PAA@LMO样品在三电极体系下表现出135 mAh/g的放电比容量，在0.5 A/g下循环500圈容量保持率为85％。在水系锌离子全电池体系中，0.1 A/g电流密度下样品表现出113.3 mAh/g的放电比容量,200圈循环后容量保持率为95％,循环性能显著高于LMO原样(88.2％)。 (2)采用水热法在140℃下合成了 MnO2和GO-MnO2样品。氧化石墨烯(GO)的引入使MnO2形貌由纳米花状变为纳米线，晶型为α-MnO2与MnOOH混合相，氧缺陷浓度显著增加，电导率与离子扩散系数也明显提升。在水系锌离子全电池中,0.1 A/g电流密度下GO-MnO2样品表现出412mAh/g放电比容量，在2A/g电流密度下循环2000圈后仍有89％剩余比容量，相较MnO2样品放电比容量以及循环稳定性均有很大提升。 (3)采用水热法在140℃下进一步合成了 CNT-MnO2样品。CNT-MnO2样品形貌为纳米线，晶型主要为α-MnO2,氧缺陷浓度显著增加，电导率与离子扩散系数增大。在水系锌离子全电池中，0.1 A/g电流密度下CNT-MnO2样品达到386 mAh/g放电比容量，在2 A/g电流密度下循环1800圈后仍有76％剩余比容量，相较MnO2样品放电比容量与循环稳定性较原样均有所提升。
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