随着社会的发展，能源危机和环境问题日益突出，人们对清洁能源设备（如锂离子电池（LIBs））的需求不断增长，然而LIBs中存在的金属锂资源短缺及有机电解液带来的成本和安全问题影响了LIBs在储能系统中的大规模应用。于是，开发和发展具有能量密度高、成本低和安全性高的储能设备变得非常迫切。水系电池的高安全性、低成本等特点，决定了水系电池成为未来重要的研究方向。其中，金属Zn储量丰富、理论容量高（820 mAh g-1）、氧化还原电位低（-0.76 V vs标准氢电极）、稳定性好且无毒，因此，水系锌离子电池（ZIBs）受到了研究者的广泛关注。但是当前对ZIBs的研究仍然处于初期阶段，性能不理想，尤其是充放电过程中，随着Zn2+的脱/嵌，正极材料的结构容易被破坏，导致ZIBs表现出较低的容量以及较差的稳定性，严重阻碍了ZIBs的进一步发展。
基于上述问题，浙江工业大学材料学院的曹澥宏教授（点击查看介绍）团队在国际知名期刊ChemSusChem上发表文章，通过设计合理的结构来提高电极材料扩散动力学以及结构稳定性从而提高材料的储锌性能。首先，采用简单的液相法在碳布基底上生长了ZIF-67（ZIF-67/CC），然后以ZIF-67/CC为自牺牲模板，KMnO4为Mn源，通过一步水热法成功得到具有片组装中空多面体结构的MnO2（MnO2/CC）。
该自支撑三维结构不仅可以暴露更多的活性位点，而且片与片之间的空隙及中空的结构还有助于电解液的渗透，同时也能够在一定程度上缓冲充放电过程带来的体积变化。作为ZIBs正极材料展现出优异的性能。MnO2/CC在1.0 A g-1电流密度下，经300次循环后仍能提供高达263.9 mAh g-1的比容量。同时，基于MnO2/CC组装的柔性锌离子电池有着稳定的输出电压（1.53 V）以及优异的柔韧性。
该工作为柔性锌离子电池的发展提供了一种新的结构设计思路，丰富了水系Zn-MnO2电池的研究。
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Boosted Zn storage performance of MnO2 nanosheet-assembled hollow polyhedron grown on carbon cloth via a facile wet-chemical synthesis
Fangfang Wu, Xiaobin Gao, Xilian Xu, Yani Jiang, Xinlong Gao, Ruilian Yin, Wenhui Shi, Wenxian Liu, Gang Lu, Xiehong Cao
ChemSusChem, 2019, DOI: 10.1002/cssc.201903006
导师介绍
曹澥宏
https://www.x-mol.com/university/faculty/18746
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