研究背景:
隨著世界范圍內不可再生能源的華北合成含不斷消耗，在持續的電力大學全球排放危機中，環境友好技術被認為是中國實現碳中和的一種可持續途徑。廉價、科學安全的院S原位大規模儲能技術的發展對于建立綠色現代化電力系統具有重要意義。鋰離子電池由于其制造成本高、缺陷易燃等特點不可避免地阻礙了其在大規模儲能中的覆δ應用。水系鋅離子電池因其安全、華北合成含成本低廉等特點展現出巨大的電力大學發展潛力。MnO2因其晶型多樣且結構易于調節、中國可觀的科學理論容量(~ 616 mAh g?1)和低廉的價格而成為AZIBs的正極材料。然而，院S原位MnO2的缺陷應用仍然受到結構不穩定和Mn溶解、Jahn-Teller效應等引起的覆δ容量衰退問題的限制。據文獻報道，華北合成含以MnSO4為電解質添加劑，C復合或O空位的方法均可提高MnO2的性能。然而，MnSO4的加入，不可避免地造成對MnO2性能評估的不準確性。且在純ZnSO4電解質中，C復合和O空位對MnO2結構和性能的協同效應，也鮮有報道。因此，探究碳包覆和O空位對電池性能的協同效應及水系鋅電在其他領域的應用潛力意義重大。
示意圖
成果簡介：
近日，華北電力大學呂瑋&徐超聯合中科院生物物理所丁芳原位合成了含O缺陷碳包覆δ-MnO2正極材料，實現421.2.2 mAh g?1的高比容量（0.1 A g?1），循環4000圈具有90.88%的優異循環穩定性（10 A g?1），能量密度高達595.53 Wh kg?1，庫倫效率接近100%。該原位合成法可以有效抑制正極副產物Zn4SO4(OH)6·4H2O生成、調控Mn價態并抑制Jahn-Teller效應，進而大幅提升正極結構穩定性及電荷轉移動力學。此外，研究人員通過體外細胞毒性實驗結果表明該正極材料能夠有效抑制女性宮頸癌和卵巢癌細胞增殖并促進腫瘤細胞凋亡。該研究成果發表在國際頂級期刊Science Bulletin上，題為“In situsynthetic C-encapsulated δ-MnO2with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineering”。
圖文解讀：
圖1 微觀表征。
圖2 理論計算。
圖3 電化學性能。
圖4 機理分析。
圖5 體外細胞毒性試驗。
文獻鏈接：
Wei Lv*, Zilei Shen, Junlin Liu, Xudong Li, Fang Ding*, Dongyue Zhang, Licheng Miao*, Xuefeng Lyu, Ruijie Li, Miaomiao Wang, Yiming Li, Jingwen Meng, Chao Xu*, In situ synthetic C-encapsulated δ-MnO2 with O-vacancies: A versatile programming in bio-engineering. Science Bulletin. https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.10.034.
通訊作者簡介
呂瑋，華北電力大學副研究員。主要研究領域：可再生水系電池關鍵材料在規模儲能及生物醫用領域的應用。在Nano-Micro Letters、Energy Storage Materials等期刊發表科技論文40余篇，授權發明專利10余項，擔任《eScience》、《Nano Research Energy》、《Next Materials》、《National Science Open》、《Journal of Materials Science & Technology》、《Rare Metals》等期刊青年編委，獲“中國材料學會科學技術獎一等獎”、“Green Carbon優秀青年編委”等榮譽，兼任科技部專家庫成員、科創中國新材料專家、有色金屬智庫認證專家、中國華能集團評標專家、燕山大學外聘碩導，Nano-Micro Letters、Energy Storage Materials、Carbon Energy等期刊審稿人，承擔及參與多項國家重點研發計劃、國家自然科學基金、裝備預研基金、中央高校專項資金等項目。
丁芳，中國科學院生物物理研究所助理研究員。美國University of Wisconsin, Madison聯培博士（師從James Ntambi），中國科學院化學研究所博士后。主要研究領域：干細胞與腫瘤發生、納米藥物遞送、RNA轉錄調控等，相關成果發表在Biomaterials、Nanoscale Horizons等期刊，主持協和醫學院青年創新基金1項，參與多項國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金面上項目，Advanced Science等期刊審稿人。
徐超，華北電力大學教授。長期從事太陽能轉化、存儲及燃料電池等領域中涉及的多場耦合復雜傳輸現象中的關鍵科學問題開展基礎和應用基礎研究。獲第三批國家“萬人計劃”青年拔尖人才、中國工程熱物理學會吳仲華優秀青年學者、中國可再生能源學會優秀青年科技人才等榮譽，先后主持國家自然科學基金優秀青年基金、國家973項目課題、國家重點研發計劃子課題等國家級項目6項，參加國家自然科學基金委創新群體項目1項，擔任中國動力工程學會學術委員會委員、中國工程熱物理學會傳熱傳質分會青年工作委員會委員、中國可再生能源學會青年工作委員會委員、全國太陽能光熱發電標準化技術委員會委員、《Energies》和《Frontiers in Heat and Mass Transfer》編委，發表SCI學術論文150余篇，獲國家授權發明專利10余項。
