半导体材料与器件创新团队在能源材料领域顶级期刊《Energy Storage Materials》上发表最新研究成果

水系锌离子电池（AZIBs）因成本低、安全性高、环境友好等优势，在大规模储能领域备受关注。其中，MnO₂正极具有高理论容量、多晶型结构和资源丰富等特点，但其实际应用受限于两大瓶颈：一是Jahn-Teller效应导致的循环过程中结构坍塌，二是Zn²⁺在晶格中扩散动力学缓慢。传统改性策略（如金属离子掺杂、氧空位引入）虽能部分缓解问题，但往往牺牲高倍率性能。如何在不降低Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原活性，同时提升大电流密度下的结构稳定性和离子传输动力学，是该领域的关键科学问题。

本工作通过P/S双阴离子氧位点工程，在层状δ-MnO₂中同时构筑了P-O-Mn桥键和Mn-S键，诱导产生本征晶格畸变并形成电化学异质界面，有效抑制了Jahn-Teller效应，并选择性加速了H⁺/Zn²⁺的传输动力学。这种S/P-MnO₂正极材料在10 Ag^-1超高电流密度下循环4500次后容量保持率高达96%，并展现出192.5 mAh·g^-1的优异倍率性能。

层状MnO₂循环过程中[MnO₆]八面体的Jahn-Teller效应，基于氧位点工程引入本征结构畸变与化学键耦合实现离子快速扩散和结构稳定性

以上研究成果以“Oxygen-Site Engineering Guided Bonding Coupling and Intrinsic Distortion: Enabling High-Rate Long-Lasting Zn-MnO₂ Batteries”为题发表在能源材料领域顶级期刊《Energy Storage Materials》（中科院I区TOP，IF=20.2）上，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料学部2023级硕士研究生张宁康为第一作者，艾子政讲师、何为东副教授和郝霄鹏教授为文章的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产融合重大创新项目和山东省泰山学者计划等项目的支持。