【摘 要】
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对环境危机和能源短缺的关注迅速发展,推动了可再生清洁能源的探索。水系锌离子电池成本低,危险性低,同时倍率性能稳定,因此在近年来受到了广泛关注。锰基氧化物由于相当大的容量和输出电压成为了水系锌离子电池中应用最广泛的正极材料,但低初始容量、锰溶解和在高电流密度下的性能不稳定性仍然限制了它们在实际应用中的发展。本文使用两种不同的方法,对锰氧进行了改性:1、在锌离子电池充放电过程中,二氧化锰正极通常会出现
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对环境危机和能源短缺的关注迅速发展,推动了可再生清洁能源的探索。水系锌离子电池成本低,危险性低,同时倍率性能稳定,因此在近年来受到了广泛关注。锰基氧化物由于相当大的容量和输出电压成为了水系锌离子电池中应用最广泛的正极材料,但低初始容量、锰溶解和在高电流密度下的性能不稳定性仍然限制了它们在实际应用中的发展。本文使用两种不同的方法,对锰氧进行了改性:1、在锌离子电池充放电过程中,二氧化锰正极通常会出现溶解的现象,导致循环性能严重下降。通过二氧化钛包覆后（Mn O2@Ti O2）,可以大大降低反应过程中锰的溶解量,有效提升其循环稳定性。结果表明,使用Mn O2@Ti O2组装的纽扣电池有很可观的循环性能,在较大的电流密度下可以维持在80 m Ah/g稳定充放电1000次。同时,通过计算电池反应动力学,二氧化锰材料在充放电过程中主要是受电容行为的控制的,高电容控制贡献率证明Mn O2可以存储更多的电荷,有很好的的倍率性能。2、Mn O正极在水性锌离子电池中的发展受到反应动力学缓慢引起的低比容量和结构坍塌引起的快速容量衰减的困扰。在此,基于简便的静电纺丝技术将富含氧缺陷的Mn O1-x与碳纳米纤维(Mn O1-x@CNF)膜相结合。通过第一性原理计算,氧缺陷降低了H+的扩散能垒以促进电极反应动力学。而CNF提供灵活且轻量级的电子传输网络以确保快速反应动力学。所以,Mn O1-x@CNF在0.1 A/g时可达到260 m Ah/g的高放电比容量,在大电流密度下可以稳定循环2500次。同时,原位X射线衍射和X射线光电子能谱结果表明,Mn O1-x@CNF正极在循环过程中经历了可逆的H+插入/脱出,而没有相转化。在具有碳纤维导电网络的同时,Mn O1-x@CNF还具有优秀的柔韧性,将其作为正极材料组装成柔性全电池后,其比容量依然保持在200 m Ah/g以上,并在2 A/g下保持80 m Ah/g循环高达500次。将电池弯曲180度时,其容量保持率依然接近100%,同时还能点亮发光器件。
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