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NH_(4)^(+)插层Mo掺杂MnO_(2)阴极实现强键合作用助力超稳定水系锌锰电池

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中国科学:材料科学(英文版) 2023年第8期66卷 3113-3122页

作者：郑俊杰石培陈驰陈鑫甘億李敬迎姚佳杨银吕琳马国坤桃李汪汉斌张军沈谅平万厚钊王浩 Hubei Yangtze Memory Laboratories Wuhan 430205China School of Microelectronics Hubei UniversityWuhan 430062China CAS Key Laboratory of Design and Assembly of Functional Nanostructures and Fujian Provincial Key Laboratory of NanomaterialsFujian Institute of Research on the Structure of MatterChinese Academy of SciencesFuzhou 350002China Xiamen Institute of Rare Earth Materials Haixi InstituteChinese Academy of SciencesXiamen 361021China

水系可充电锌/二氧化锰电池因其成本低廉、能量密度高而引起了广泛关注.然而,缓慢的反应动力学和MnO_(2)阴极的歧化反应以及不可逆的相变现象对其发展造成了严重阻碍.在此,我们选用了Mo掺杂α-MnO_(2)(Mo–MnO_(2))作为阴极材料,通过铵... 详细信息

水系可充电锌/二氧化锰电池因其成本低廉、能量密度高而引起了广泛关注.然而,缓慢的反应动力学和MnO_(2)阴极的歧化反应以及不可逆的相变现象对其发展造成了严重阻碍.在此,我们选用了Mo掺杂α-MnO_(2)(Mo–MnO_(2))作为阴极材料,通过铵根离子插层机制所形成的N–H···O强键合作用来稳定Mo–MnO_(2)的2×2隧道结构,并且有效抑制了Mn^(3+)溶解,在质子插入/脱出过程中不会引起晶格的畸变,进一步提高了其循环稳定性.获得的Mo–MnO_(2)正极在100 mA g^(−1)时表现出265.2 mA h g^(−1)的高比容量和364.3 W h kg^(−1)的能量密度.在2.0 A g^(−1)下1000次循环后,容量保持率达95.2%.这项工作有助于深入了解非金属阳离子在电极主体材料间的键合作用,为设计具有高能量密度和长期循环能力的水系锌离子电池提供了新思路.

关键词：锌锰电池锌离子电池阴极材料能量密度 Mo掺杂键合作用主体材料超稳定

枣碳改性MnO_(2)锌锰电池正极材料性能研究

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化学工程 2022年第3期50卷 25-29页

作者：张云飞李俊儒郝丽敏陈缘琳任美颖李东林苟蕾长安大学材料科学与工程学院能源材料与器件研究所陕西西安710061 重庆航天职业技术学院重庆400021

中性水系锌锰电池因具有低成本、绿色环保等优势在储能领域具有重要的应用前景,提高其正极材料MnO_(2)的导电性能,从而实现良好的倍率性能和循环性能,是实现该电池体系大规模应用的关键问题之一。文中以冷冻干燥的大枣(DGZ)为前驱体,通... 详细信息

中性水系锌锰电池因具有低成本、绿色环保等优势在储能领域具有重要的应用前景,提高其正极材料MnO_(2)的导电性能,从而实现良好的倍率性能和循环性能,是实现该电池体系大规模应用的关键问题之一。文中以冷冻干燥的大枣(DGZ)为前驱体,通过预碳化和活化工艺制备多孔碳材料(C-DGZ),进而在水热条件下将其与KMnO_(4)反应,原位制备得到α-MnO_(2)/C-DGZ复合材料。由于冻干枣碳的三维导电网络为电子传输提供了有效通道,复合后的α-MnO_(2)/C-DGZ作为锌锰电池正极表现出高的容量和良好的循环性能,在1 A/g的电流密度下循环400圈后比容量高达305 mAh/g。即使在3 A/g的电流密度下循环1000圈,α-MnO_(2)/C-DGZ比容量仍保持在82 mAh/g。此研究为生物质碳材料应用于锌锰电池提供借鉴作用。

关键词：锌锰电池正极材料 α-MnO_(2) 枣碳电化学性能

一种用于长寿命水系锌锰电池的海藻酸钠/二氧化硅准凝胶复合电解质

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无机材料学报 2020年第8期35卷 909-915,I0003-I0005页

作者：李雪渊王宏刚田柱朱建辉刘影贾兰尤东江李向明康利涛太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 烟台大学环境与材料工程学院烟台264005 潍柴动力股份有限公司潍坊261001

锌锰(Zn-MnO2)电池具有高安全性、高环保性、高性价比的优点,适用于大规模储能电池。然而,金属锌负极在充放电中会因为"尖端效应"而产生锌枝晶,造成电池容量衰减甚至短路失效。本研究通过添加亲水性纳米二氧化硅(SiO2)和海藻酸钠(SA)将... 详细信息

锌锰(Zn-MnO2)电池具有高安全性、高环保性、高性价比的优点,适用于大规模储能电池。然而,金属锌负极在充放电中会因为"尖端效应"而产生锌枝晶,造成电池容量衰减甚至短路失效。本研究通过添加亲水性纳米二氧化硅(SiO2)和海藻酸钠(SA)将电解质转化为准凝胶电解质,有效抑制了锌负极表面的枝晶生长,以及由之造成的Zn-MnO2电池性能衰减。恒流充放电测试结果表明,采用准凝胶电解质的Zn-MnO2电池在1800次循环后容量保留率可达78%,而使用普通电解质的Zn-MnO2电池在1000次循环后容量已基本衰减为0。进一步探究准凝胶电解质对锌沉积行为的影响,发现准凝胶电解质的三维网络结构可以提高锌离子分布的均匀性,降低电池容量衰减速度与失效风险。

关键词：锌锰电池锌枝晶准凝胶电解质海藻酸钠二氧化硅

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基于双电子反应锌锰电池的性能优化研究

基于双电子反应锌锰电池的性能优化研究

作者：刘哲轩中南大学

学位级别：硕士

水系锌电池因其高安全性和绿色环保的优点,已成为规模化储能应用最有潜力的储能技术之一。近年基于二氧化锰正极双电子转移沉积/溶解反应的锌锰电池因其高能量密度和低成本的优势受到大量关注,但其在水系电解液中的储能机制还存在争议,... 详细信息

水系锌电池因其高安全性和绿色环保的优点,已成为规模化储能应用最有潜力的储能技术之一。近年基于二氧化锰正极双电子转移沉积/溶解反应的锌锰电池因其高能量密度和低成本的优势受到大量关注,但其在水系电解液中的储能机制还存在争议,且沉积/溶解反应的机制和影响因素仍不明晰。此外,二氧化锰正极双电子反应的本征可逆性较差,导致电池循环存在稳定性差、死锰积累的情况,。本论文研究了硫酸盐和醋酸盐电解液中锌锰电池反应机制,提出了多种优化策略,解决体系中存在问题并提高其综合电化学性能。主要研究内容和结论如下:(1)结合硫酸盐电解液中锌锰电池的放电曲线演变、放电容量的波动以及原位p H值的测试结果,构建数学模型得出了硫酸盐基锌锰电池中沉积/溶解反应机制与嵌入/脱嵌机制之间的竞争演变及p H值在其中的引导作用。采用醋酸添加剂来代替硫酸添加剂,在提供稳定酸性环境的同时起到缓冲p H值变化的作用。结果证明醋酸添加剂的使用解决了电池容量的波动现象,提高了电池的稳定性,在0.8 m Ah cm-2和10 m A cm-2的充放电制度下可实现2000圈稳定循环。(2)针对醋酸盐电解液中锌锰电池的独特机理与现象,借助能斯特方程计算总结出了醋酸盐电解液中反应电势较低及沉积/溶解反应较为可逆的原因。采用电解液组分调控策略,提高正极反应电势。采用氯化铬添加剂回收电解液中的二氧化锰悬浊颗粒,结合预循环和超声处理策略,实现了得以在5 m Ah cm-2和50 m A cm-2的充放电制度下稳定循环2000次的醋酸盐基锌锰电池,其功率密度可达75 m W cm-2。以上研究和结论或对未来锌锰电池的开发与性能提升提供借鉴。图45幅,表3个,参考文献100篇

关键词：水系锌电池锌锰电池二氧化锰双电子反应沉积/溶解机制

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锌锰电池无汞化的探讨

电池 1997年第6期27卷 259-262页

作者：黄楚宝吉林大学化学系吉林130023

对污染控制的日益关切,要求从电池中完全取消汞。本文联系中性和碱性Zn-MnO_2电池的不同结构,分析了汞在电池中的功能作用,相应地讨论了可能的替代性措施。

关键词：无汞缓蚀剂锌锰电池

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真空冶金回收废旧锌锰电池的汞和镉试验研究

中南大学学报（自然科学版） 2011年第4期42卷 893-896页

作者：何德文刘蕾肖羽堂周欢年中南大学冶金科学与工程学院环境工程系湖南长沙410083 南开大学环境科学与工程学院天津300071

采用真空冶金方法处理锌锰电池,研究分离回收汞（Hg）和镉（Cd）的工艺方法,考察真空度、温度、加热时间对2种金属回收率的影响。试验结果表明：在真空度低于91.99 kPa时,Hg和Cd的回收率较低,但当真空度为91.99~98.66 kPa时,2种金属的... 详细信息

采用真空冶金方法处理锌锰电池,研究分离回收汞（Hg）和镉（Cd）的工艺方法,考察真空度、温度、加热时间对2种金属回收率的影响。试验结果表明：在真空度低于91.99 kPa时,Hg和Cd的回收率较低,但当真空度为91.99~98.66 kPa时,2种金属的回收率显著上升,超过98.66 kPa时,Hg和Cd的回收率几乎保持不变;且随着温度的增加和加热时间的延长,Hg和Cd的回收率也增加,但当温度达到一定值和加热时间超过2.5 h时,Hg和Cd的回收率接近95%的饱和值。

关键词：锌锰电池真空冶金汞镉回收利用

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锌锰电池中锌阳极的缓蚀(上)

电池 1995年第2期25卷 31-33页

作者：夏熙张校刚新疆大学化学系新疆830046

本文对Leclanche电池,碱性锌锰电池以及可充碱锰(RAM)电池的锌阳极的缓蚀问题作了综评,指出了目前的去汞后的防腐措施及生产工艺要求,以及研究方向。

关键词：锌阳极缓蚀锌锰电池电池

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可充无汞碱性锌锰电池电极制备及性能

电源技术 2000年第1期24卷 15-17,31页

作者：郭炳昆李新海刘丽英李宏乐陈阳国中南工业大学冶金物理化学与化学新材料研究所湖南长沙410083

在无汞锌合金粉中添加无机或有机缓蚀剂制备锌电极,用析氢试验、恒电流放电法、循环伏安法测定缓蚀剂对锌电极性能及抑制锌枝晶生长的影响。在电解MnO2中掺入LiOH和Bi2O3,加入导电剂、粘结剂调浆,涂在发泡镍网上,烘干,压制成MnO2电极,... 详细信息

在无汞锌合金粉中添加无机或有机缓蚀剂制备锌电极,用析氢试验、恒电流放电法、循环伏安法测定缓蚀剂对锌电极性能及抑制锌枝晶生长的影响。在电解MnO2中掺入LiOH和Bi2O3,加入导电剂、粘结剂调浆,涂在发泡镍网上,烘干,压制成MnO2电极,用循环伏安法测定MnO2电极的性能。试验表明,在锌合金粉中添加In2O和PbO可以降低析氢量,加入Bi2O3可以改善电极放电性能;在电解液中加入聚乙烯醇,可以抑制锌枝晶生长,延长锌电极寿命;在EMD中掺入Bi2O3和LiOH。

关键词：锌电极电极锌锰电池无汞电池充电电池

以电解二氧化锰/多壁碳纳米管/纸纤维复合材料作集流体和正极片的高能量柔性锌锰电池

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材料导报 2016年第20期30卷 17-20页

作者：刘珍红孙晓刚庞志鹏吴小勇聂艳艳岳立福南昌大学机电工程学院南昌330031 南昌大学(宜春)锂电及新能源研究院南昌330031

以电解二氧化锰(EMD)为正极活性材料,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,纸纤维为基体制得复合纸,并将复合纸代替石墨片集流体和正极片应用于柔性锌锰电池。采用扫描电子显微镜对复合纸进行表征,并通过恒流放电测试其放电性能。结果显示,采... 详细信息

以电解二氧化锰(EMD)为正极活性材料,多壁碳纳米管(MWCNTs)为导电剂,纸纤维为基体制得复合纸,并将复合纸代替石墨片集流体和正极片应用于柔性锌锰电池。采用扫描电子显微镜对复合纸进行表征,并通过恒流放电测试其放电性能。结果显示,采用复合纸的电池放电比容量是传统锌锰电池的3倍,使EMD利用率从7.4%提高到43.8%,且在较大电流放电和弯曲放电情况下仍能保持明显的放电性能优势。

关键词：复合纸柔性电池碳纳米管集流体锌锰电池