可充电水性锌离子电池（ZIBs）由于其成本效益，无毒，自然丰富的锌金属作为负极和环保的中性水性电解质而受到了越来越多的关注。更重要的是Zn2+的低氧化还原电势/ Zn（-0.76 V vs SHE）和高理论容量（819 mAh g-1和5851 mAh cm-3）非常吸引人，从而使ZIB水溶液成为大规模能源系统中有希望的储能设备。正极材料是决定水性ZIBs电化学性能的关键因素之一。其中，二氧化锰（MnO2）和普鲁士蓝类似物是被广泛研究的正极材料。受到尖晶石LiMn2O4阴极在LIB中成功应用的启发，具有类似尖晶石结构的锌锰氧化物（ZnMn2O4）被公认为是可以在水性ZIBs中有效提供Zn2+的有前途的阴极材料。此外，ZnMn2O4（缩写为ZMO）作为一种新型的双金属氧化物，由于其独特的双原子协同作用，具有增强的氧化还原对和可及的活性位点。

江苏科技大学Chao Yan教授课题组和四川大学Qiang Peng教授合作在知名国际学术期刊Chemical Engineering Journal上发表一篇题目为：3D assembly of MXene-stabilized spinel ZnMn2O4 for highly durable aqueous zinc-ion batteries的研究论文，设计并提出了与ZMO纳米粒子复合的Ti-MXene（Ti3C2Tx）的3D互联组件并用于水系ZIBs，其中Ti3C2Tx表现出丰富的功能化表面，高堆积密度和出色的金属导电性。值得注意的是，高导电性层状Ti3C2Tx 基底不仅可以为有效的电子传输提供连续的导电路径，而且可以极大地抑制ZMO的聚集和溶解，因此在重复循环中可以有效地抑制ZMO的不可逆结构降解和副反应。

图1. 制备的ZMO的SEM,XRD,结构图和在水系ZIBs中原位拉曼测试

图2. ZMO正极（a）在水性ZIBs中1 Ag -1下的循环稳定性，（b）非原位XRD图，（c）重复循环后的HRTEM图像

图3.（a）ZMO@Ti3C2Tx复合材料的制备流程示意图（b）手风琴状的Ti3C2Tx堆叠的FESEM图像，ZMO@Ti3C2Tx复合材料的（c和d）不同放大倍数的FESEM图像，（e）EDS映射图像（f）XRD图谱和（g）拉曼光谱。

图4. ZMO@Ti3C2Tx复合材料在水性ZIBs中作正极的电化学性能

图5. ZMO@Ti3C2Tx复合材料 (a)1A g-1长循环性能 （b）容量保持率 （c，d）在5000次循环后的FESEM图像 (e)异位XRD

图6.ZMO@Ti3C2Tx // Zn柔性水ZIBs的制备流程及性能

本文介绍了ZMO在Zn 2+ 嵌入/嵌出时的能量存储和循环降解，这与尖晶石ZMO和MnO2在充放电过程中的可逆相变密切相关。以及不可逆的非活性ZnO副产物的形成导致重复循环后容量下降。电化学机制阐明了ZMO在ZIB水溶液中的Zn2+储存。在此基础上，设计并制备了新型的ZMO@Ti3C2Tx复合材料，其中高导电性Ti3C2Tx 框架能有效地抑制ZMO的不可逆的结构退化和副反应。所得的ZMO@Ti3C2Tx正极在水性ZIBs中可提供172.6 mAh g-1的可逆比容量，具有约100％的高库仑效率，以及出色的倍率性能和循环稳定性（5000次循环后保留率约为92.4％）。本文构造了凝胶电解质的柔性水性ZIB， 其在不同的机械状态下表现出稳定的电化学性能，可用作便携式和可穿戴电子设备中的高效柔性能量存储设备。这项工作对Zn 2+储存机理提供了重要见解，对尖晶石ZMO及其复合物用于高性能和耐用水性ZIBs提供了科学依据。

文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.125627

信息来源：MXene Frontie

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