研究背景
随着化石燃料的日益枯竭和全球能源需求的不断上升，寻找更安全、更环保的能源存储解决方案变得尤为迫切。在众多新能源技术中，锌离子电池（ZIBs）因其高安全性、环境友好性和成本效益而备受关注。锌离子电池利用多价金属离子（如Zn2+、Al3+、Ca2+和Mg2+）作为电荷载体，相较于锂离子电池（LIBs），它们展现出了更高的理论容量、更好的稳定性和更简易的加工性。然而，ZIBs的性能受限于其正极材料的选择。理想的正极材料应具备高导电性、快速的Zn2+插入反应动力学和良好的机械性能。尽管锰氧化物（MnO2）因其高理论容量、高放电电位、丰富的自然资源和低毒性而被视为ZIBs的理想正极材料，但其在充放电过程中的结构崩溃和固有的低导电性仍是技术难题。因此，开发高性能的MnO2基正极材料是提升ZIBs性能的关键。
成果简介
在这项研究中，研究人员通过一种简便的热液法合成了具有自模板特性的δ-MnO2/C微球（C@MnO2-rGO），作为ZIBs的高效正极材料。研究团队利用锰甘氨酸微球作为前驱体和模板，以及还原氧化石墨烯（rGO）作为导电连接体和结构保护添加剂，成功制备了具有优异电化学性能的C@MnO2-rGO复合材料。这种材料不仅在结构稳定性上表现出色，而且在导电性和离子传输通道方面也具有显著优势。
图文导读
图1 锰甘氨酸微球、C@MnO2和C@MnO2-rGO-2的扫描电子显微镜（SEM）图像，揭示了材料的微观结构和形态。
图2 通过X射线衍射（XRD）和氮气吸附-脱附等温线，展示了C@MnO2和C@MnO2-rGO的晶体结构和特殊表面积。
图3 通过热重分析（TGA）和循环伏安（CV）曲线，分析了材料的热稳定性和电化学活性。
图4 通过电化学阻抗谱（EIS）和恒流充放电（GCD）曲线，揭示了材料的离子扩散和电子转移动力学。
图5通过不同扫描速率下的CV曲线和GITT测试，进一步分析了C@MnO2-rGO-2电极的反应动力学行为。
图6 通过X射线光电子能谱（XPS）和SEM图像，展示了C@MnO2-rGO-2电极在充放电过程中的化学状态变化。
小结
通过精心设计的实验和深入的分析，研究团队成功开发了一种新型的δ-MnO2/C微球正极材料，该材料在ZIBs中展现出卓越的电化学性能。C@MnO2-rGO复合材料的成功制备，不仅为ZIBs的性能提升提供了新的可能性，也为未来能源存储技术的发展开辟了新的道路。这项研究的成果不仅在学术界具有重要的理论意义，而且在工业应用中也具有巨大的潜力，有望推动锌离子电池技术的商业化进程。随着进一步的研究和优化，这种新型正极材料有望在未来的能源存储领域发挥更加重要的作用。
文献：https://doi.org/10.1021/acsaem.4c01379
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