来源：快猛电池 发布日期：2026-06-09 19:20:29

水系锌离子电池（AZIBs）因其本钱低价、安全性高以及环境可持续性，被认为是大规模储能处理方案中极具远景的候选方案。AZIBs的功能受正极资料明显影响，其间锰基氧化物因其丰厚的多晶描摹、经济高效、资源足够以及高理论容量，被认为是最具潜力的正极资料。但是，锰基氧化物的展开面对着诸多应战，包含正极活性物质溶解、电导率差、离子传输动力学缓慢以及副产物的构成。为了处理这些问题，本文首要总结了MnO₂的晶体结构特征，随后对比了六种常见的Zn²⁺存储机制，并对近期提出的Zn/MnO₂两电子转换机制进行了深化探讨。更重要的是，本文体系地总述了进步锰基氧化物正极功能的各种战略，包含微观结构设计、导电改性、缺点工程、掺杂以及预嵌入工程等合理办法。此外，还深化讨论了锰基氧化物的结构与功能之间的联系。最后，本总述对ZIBs的未来展开提出了全面的展望。它总结了先进研讨办法的人物……

图文摘要

导言

鉴于日益严峻的环境问题，包含传统化石动力（煤、石油、天然气）过度开发利用所导致的温室效应和污染排放，研讨人员不得不寻求无污染且环保的清洁动力代替方案，如风能、太阳能和潮汐能。虽然这些动力具有广泛可用性、清洁性和可持续性等优势，但其间歇性和不安稳性给大规模应用带来了严重应战[[1], [2], [3], [4]]。因而，可充电电池体系正越来越多地被视为安稳的储能处理方案。具有低毒性、高离子电导率和安全水系电解质的可充电水系锌离子电池（RAZIBs），作为锂离子电池的有用代替品。AZIBs中丰厚的Zn资源、高安全性、杰出的安稳性、大理论容量（820 mAh g⁻¹ 和 5855 mAh cm⁻³）以及低阳极Zn氧化还原电位（−0.76 V vs SHE）等优势招引了学者的广泛重视[[5], [6], [7], [8], [9]]。现在，关于AZIBs的研讨首要会集在正极资料、Zn负极和电解质上。但是，Zn枝晶的生成、钝化层、腐蚀以及析氢副反响（HERs）在很大程度上阻止了AZIBs的展开[[10], [11], [12], [13], [14], [15]]。因而，正极的开发...
近年来，对正极资料的广泛研讨推动了AZIBs的快速展开。2011年，Xu等人[17]初次提出了水系锌离子电池的概念，选用α-MnO₂作为正极，并运用温和的ZnSO₄或Zn(NO₃)₂溶液作为电解质。这一创新标志着锌离子电池时代的开启。到2015年，Zhang等人[18]初次证明普鲁士蓝类似物——六氰合铁酸锌（ZnHCF）可作为水系锌离子电池的正极资料。当与锌负极结合时，ZnHCF实现了1.7 V的均匀作业电压，创下了当时水系锌离子电池的纪录，并提供了100 Wh kg⁻¹的比能量密度。同年，Alfaruqi等人[19]对介孔γ-MnO₂在锌离子电池（ZIBs）中的结构改变进行了初次深化研讨。2016年，Duffort等人[20]报导了一种由层间Zn²⁺离子和水分子支撑的氧化钒青铜（Zn₀.₂₅V₂O₅-nH₂O）作为ZIBs的正极。该资料表现出高达300 mAh g⁻¹的比容量，在1000次循环后容量坚持率超越80%，且未观察到锌负极上构成枝晶，展现出优异的归纳功能。直到后来有机正极[21]和转化正极[22]呈现之前，AZIBs在过去十年中得到了蓬勃展开，展现出明显的活力。咱们总结了锌离子电池的展开历程。
现在，正极资料的研讨首要会集在五大类：锰基氧化物、钒基化合物、普鲁士蓝类似物（PBAs）、有机化合物以及其他多种资料，包含过渡金属层状二硫化物[[23], [24], [25], [26]]、卤化资料[[27], [28], [29]]、聚阴离子化合物[30]、其他氧化物[[31], [32], [33], [34]]、共价有机结构（COFs）[35]和金属有机结构（MOFs）[36,37]。虽然钒基化合物具有丰厚的氧化态、高理论容量、适中的作业电压窗口和杰出的循环安稳性，但钒资源的储量低于锰。此外，与钒基资料相关的毒性也为开发环保型锌离子电池带来了应战[[38], [39], [40], [41]]。普鲁士蓝类似物具有敞开的骨架结构，有利于Zn 2+离子的传输。其刚性结构能有用抑制体积改变，然后进步循环安稳性。但是，其低理论比容量以及高本钱进一步约束了其实际应用[42,43]。有机化合物具有环境友好、可持续性强、本钱低和结构可调性高级诸多优势。但是，诸如导电性差、电压窗口窄以及活性物质易溶解等问题仍无法被“
在锰基氧化物中，MnO 2 已成为水系锌离子电池（AZIBs）正极资料开发中的一个重要研讨焦点。这归因于其储量丰厚、本钱低价、具有杰出的多晶描摹、发达的孔隙和层状结构，以及优异的理论容量（单电子反响为308 mAh g −1 ，双电子反响为616 mAh g −1 ）。此外，不管晶体结构怎么，MnO 2 的特征在于由[MnO 6 ]八面体组成的基本结构单元，其间Mn 4+ 占有八面体中心，O 2− 占有顶点。这些八面体经过共用顶点和棱边相互连接，然后构成链状、地道状和层状结构，为Zn 2+ 的传输提供了有用的通道。在本文中，咱们总结了各种MnO 2晶体结构的晶体学数据和电化学功能参数，包含α-MnO 2 、β-MnO 2 、γ-MnO 2 、δ-MnO 2 、ε-MnO 2 、λ-MnO 2 、T-MnO 2 和R-MnO 2 ，详见表1 [6,7,9,[89], [90], [91]]。
α-MnO 2呈现出2 × 2地道结构，其间[MnO 6]八面体经过共顶点连接，构成双链的hollandite型结构。这种晶型MnO 2因其大孔隙结构有利于Zn 2+在主结构内的扩散而得到了最广泛的研讨。此外，它还具有制备本钱低、结构安稳性好和能量密度高级特色[17]。β-MnO 2以其金红石四面体结构为特征，由单链共棱[MnO 6]八面体组成，排列成1 × 1地道构型。它被公认为热力学上最安稳的结构之一。虽然其空隙结构可以容纳质子和离子，但较小的地道尺度约束了其容量。因而，与α-MnO 2相比，β-MnO 2的比容量较低[92]。Nsutite型的γ-MnO 2表现出Pyrolusite型1 × 1和Ramsdellite型1 × 2地道结构，其间[MnO 6]八面体单元共顶点或共棱。这种杂乱的地道结构增强了离子的嵌入和脱嵌，使其成为最有远景的MnO 2晶型之一[19]。Wang及其搭档[96]报导了γ-MnO 2与graphene的复合资料，在0.5 A g −1下表现出301 mAh g −1的容量以及411.6 Wh kg −1的高能量密度。δ-MnO 2具有由[MnO 6]八面体组成的层间结构，其层距离...
鉴于锰氧化物的多晶型性及其对合成条件的敏感性，比较不同研讨中一致的功能目标面对应战。因而，树立标准化的功能比较目标以规范化评估各研讨中的电池功能参数至关重要。对于商业规模出产，主张将正极负载量进步至20 mg cm⁻²以上，并选用180 μm厚的正极。此外，主张将负极与正极的容量比（NP比）维持在1.10。为满足运转要求，电池的面容量应到达5 mAh cm⁻²。此外，主张以1C的倍率评估循环寿命，以便与锂离子电池的工业标准进行比较。并且，在锌离子电池（ZIBs）的研讨中，陈述工艺参数（如电极负载量、活性资料厚度、电解质类型及用量）以及功能目标（包含比容量、面容量、循环寿命、库仑效率和功率密度）至关重要。这种全面的陈述办法将有助于实现功能的一致性比较[103]。因而，为了有用比较根据MnO₂的正极特性，有必要选用控制变量法。该办法涉及坚持除合成办法以外的一切参数不变，并进行...
根据锰的AZIB正极展现出多种杂乱的结构。根据锰氧化物的主体嵌入资料的反响机制十分杂乱。为了说明锰基氧化物的反响机制并开发功能增强的电化学正极资料，前人学者已展开了广泛的研讨与探索。虽然取得了明显开展，但许多应战仍阻止着研讨中实用正极的展开。这些应战包含杂乱的Zn 2+存储机制、由锰离子歧化反响引起的正极活性物质溶解、具有半导体特性的锰氧化物正极较差的本征导电性、缓慢的离子传输动力学以及副产物的生成。为了处理这些问题，研讨人员提出了各种改性和优化战略。这些战略包含了正极描摹设计（包含纳米级、1D、2D和3D结构）、经过与高导电资料复合来增强导电性、缺点工程（针对氧和锰缺点）、离子掺杂以及预嵌入战略。因而，该范畴涌现出了很多赋有洞见的高质量文章。本手稿经过归纳以往研讨的重要发现和定论，总结了Zn 2+的存储机制。