錳基材料因價態豐富，晶體結構多樣📫，理論容量高和成本效益等優勢成為鋅離子電池理想的正極材料🧑🏻‍🎤🧑🏿‍🎓，但其在循環過程中不可避免的不可逆相變會引起持續的歧化反應🧖🏻‍♂️，導致電極材料結構坍塌。尤其是使用具有立方密堆積結構的低價錳氧化物作為正極時，鋅離子嵌插會產生強烈的晶格斥力，這將嚴重破壞原始晶體結構，導致電池性能快速衰減和失效。因此🍉，有效解決錳氧化物在循環過程中的相變問題，是實現高度可逆鋅離子存儲的關鍵🐃。

恒达平台化學科學與工程學院劉明賢、甘禮華教授團隊長期致力於高效儲能材料研究並應用於新能源電池開發，課題組近期通過電化學誘導預相變策略，解決了α-Mn₂O₃正極材料在循環過程中的不可逆相變問題🧻，實現了非晶相Zn_0.17MnO_2−n·0.52H₂O穩定和高度可逆的鋅離子存儲。相關成果以“Dynamic Amorphous Zn_0.17MnO_2−n·0.52H₂O Electrochemical Crystal Transition for Highly Reversible Zinc-Ion Batteries with Ultrahigh Capacity and Long Lifespan”為題發表於國際知名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)。

實驗表征揭示，在可控電化學氧化作用下，具有長程有序和周期性立方相α-Mn₂O₃晶體結構不可逆的轉變為短程無序的Zn_0.17MnO_2−n·0.52H₂O非晶結構🧕🏼，在隨後的放電過程中可逆轉變為層狀結構ZnMn₃O₇·3H₂O。非晶結構有利於暴露出更多的氧化還原位點😜，緩解鋅離子嵌入脫出的晶格斥力，促進高效Zn²⁺存儲🪁。

理論計算表明📿🙋🏼‍♂️，與α-Mn₂O₃相比🦸🏼‍♂️，ZnMn₃O₇·3H₂O具有更強的親鋅活性和更窄的能帶間隙🏖，有效降低了離子載體與親鋅位點之間的反應能壘🧖，提高離子鍵合效率🚦。

電化學研究表明🍚，α-Mn₂O₃預相變後的非晶錳基材料具有更高的比容量(558 mAh g⁻¹@100 mA g⁻¹)、倍率性能和循環穩定性(5000次循環後容量保持率為95.85%)。

異位光譜和透射電子顯微鏡研究進一步表明，通過預相變策略實現了非晶相Zn_0.17MnO_2−n·0.52H₂O和ZnMn₃O₇·3H₂O層狀結構之間的動態晶相轉變。該策略可以拓展至Mn₃O₄和α-MnO₂等其錳基材料👩🏼‍🍳，為解決錳基正極材料循環過程中的不可逆相變問題🧎‍♂️，構建高性能鋅離子電池提供了新的思路👍🏻⛏。

繆靈助理教授、甘禮華教授和劉明賢教授為論文共同通訊作者，博士生陳裕敏為論文第一作者。上述研究工作得到了國家自然科學基金委、上海市科委和中國博士後科學基金會資助。

論文鏈接🍐：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202409428