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可充电水系铝离子电池(AIB) 是用于大规模储能的低成本、安全和高能量密度系统。然而，Al3+ 与主体材料之间的强静电相互作用通常会导致Al3+ 扩散动力学缓慢和正极材料严重的结构坍塌。因此，水性 AIB 目前存在能量密度低、倍率性能和循环稳定性差的问题。 来自苏州大学的学者将有缺陷的钴锰氧化物纳米片被报道作为水性 AIB 的正极材料，以改善反应动力学和稳定性，提供创纪录的 685 Wh kg−1的高能量密度（基于正极和负极的质量）和可逆容量在 100 mA g-1 时为 585 mAh g-1，300 次循环后保留率为 78%。令人印象深刻的能量密度和循环稳定性是由于取代的钴原子和锰空位之间的协同效应，这提高了结构稳定性并促进了电子导电性和离子扩散。当应用于水系锌离子电池时，在 100 mA g-1 下实现了 390 Wh kg-1的高比能量，同时在 1000 次循环中保持 84% 的初始容量。该研究为构建下一代高能水系可充电金属电池提供了一条新途径。相关文章以“Defect Modulation in Cobalt Manganese Oxide Sheets for Stable and
High-Energy Aqueous Aluminum-Ion Batteries”标题发表在Advanced
Functional Materials。 论文链接： https:///10.1002/adfm.202301202
图 1. 材料表征
图 2. 有缺陷的钴锰氧化物的铝离子存储性能
图 3. 电化学循环过程中有缺陷的钴锰氧化物正极的晶体结构演变
图 4. 锌储存性能 总之，本研究开发了一种有缺陷的钴取代锰氧化物纳米片正极，它具有优异的铝离子存储性能，具有高容量（100 mA g−1时为 585 mAh g−1）和能量密度（685 Wh kg−1）同时在 2 m 水性 Al(OTF)3 电解质中经过 300 次循环后容量保持率为 78%。详细的表征和DFT计算表明，取代的钴原子和Mn空位的协同作用增强了导电性，促进了离子扩散，同时抑制了循环过程中的Mn溶解，所有这些都大大提高了Al离子的存储容量和循环稳定。此外，这种协同效应成功扩展到可充电水系锌基电池系统，显示出 422 mAh g-1 的高可逆容量，并在 1000 mA g-1下循环 1000 次后保留初始容量的 84%。这项工作为设计用于高能可充电水系电池的锰基正极材料提供了新途径。（文：SSC） |
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