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一、文章概述

錳基鋅離子電池具有制備簡單、成本低、安全性高等優點，是一種具有廣闊應用前景的大規模可充電電池。然而，錳基陰極的低速率性能和循環性能差的難題阻礙了錳基陰極的商業應用。文章采用金屬離子插層原位生長技術，在V2CTX MXene表面均勻形成MnO2納米片，并設計合成了錳釩雜化陰極K -V2C@MnO2。K - V2C@MnO2具有高電導率、豐富的活性位點的雜化結構，以及Mn2+電沉積協同反應和MnO2結構損傷的抑制作用，對水中ZIBs表現出了優異的電化學性能。具體來說，在0.3 A g−1時表現出408.1 mAh g−1的高比容量，在10 A g−1的高電流密度下，在長達10000次的長期循環中保持119.2 mAh g−1的比容量。它優于幾乎所有報道的錳基陰極水溶液中的ZIBs。其優異的電化學性能表明，文章所設計的錳基陰極材料是一種合理的方法，可用于高性能的ZIB陰極。

二、圖文導讀

圖1所示.K -V2C@MnO2的合成圖。(a) V、Al、c燒結得到的V2AlC MAX相的結構。(b) hf蝕刻得到的V2CTX MXene。(c)堿化V2CTX與K+離子的相互作用。(d) MnO2修飾的預堿化V2CTX通過模板效應和原位生長過程。

圖2.(a) V2AlC MAX相和(b) kv2c相的SEM圖像。(c) V、c、K對應的元素映射(d, e) K V2C@MnO2的SEM圖像(f)V、C、Mn、O.對應的元素映射。(g) K−V2C@MnO2的HRTEM圖像。(h)放大倍率更高的K−V2C@MnO2的HRTEM圖像。

圖3.(a)不同周期后，K−V2C@MnO2電極在0.3mV⁻¹的掃描速率下的CV曲線。(b)無MnSO4的K−V2C@二氧化錳、K−V2C@K−V2C@MnO2和δ-MnO2電極在0.3Ag⁻¹下的循環性能。(c)K−V2C@MnO2在0.3Ag⁻¹下的恒電流充放電曲線。(d)δ-MnO2和K−V2C@MnO2電極的速率性能。 (e)K−V2C@MnO2電極在不同電流密度下的恒電流充放電曲線。(f)δ-MnO2和K−V2C@MnO2電極在2.0Ag⁻¹條件下的長期循環性能。(g)K−V2C@MnO2在相當高的電流密度下的長期循環性能。(h)與報道的Mn基陰極相比，在不同電流密度下K−V2C@MnO2電極的比容量穩定。

圖4.(a)K−V2C@MnO2電極在不同掃描速率下的CV曲線。(b)特定峰值電流下的logi和logv圖。(c) kV2C@MnO2電極中電容容量和擴散控制容量的貢獻比。(d) kV2C@MnO2和δ-MnO2在充放電狀態下的GITT曲線和相應的離子擴散系數。(e)初始開路電位下K-V2C@MnO2和δ-MnO2陰極的Nyquist圖(插圖為擬合電阻抗譜的等效電路)。(f) δ-MnO2和V2C的帶邊位置。(g) δ-MnO2、V2C和MnO2- V2C的DOS。(h)計算Zn2+在MnO2 -V2C和δ-MnO2表面的吸收能。

綜上所述，MnO2納米片包覆層狀V2CTX MXene的錳基正極材料有利于提高zib的比容量、倍率性能和循環壽命。采用K+離子插層再原位生長的策略，成功合成了先進K-V2C@MnO2雜化體，這是一種先進的錳釩復合鋅離子存儲陰極。物理表征和電化學研究k-V2C@MnO2電極具有相當的結構穩定性和較高的可逆性。此外，結合電分析、模擬計算、同步XANES和EXAFS技術，闡述了K V2C@MnO2電極的Zn2+插入/萃取機理和相變。與大多數現有的ZIBs陰極材料相比，K−V2C@MnO2具有導電襯底和高表面活性的優點，具有優異的速率性能、高容量和循環穩定性。具體來說，K−V2C@MnO2與Mn2+電沉積增強協同反應和二氧化錳抑制結構損傷，在0.3Ag−1下達到408.1mAhg−1的神奇容量，這是之前報道的錳陰極的最佳Zn2+容量。此外，即使在10Ag−1的相當高的速率下，K−V2C@MnO2在10000個循環后仍然保持了119.2mAhg−1的可實現容量。結果表明，K−V2C@MnO2是一種很有前途的高性能zib陰極材料。此外，這項工作不僅為進一步了解鋅離子的插入過程提供了一條思路，而且為開發低成本、高可逆性、高穩定性和安全性的水電池提供了一種方法。

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