近日，我院杨泽&余颖团队联合中科大林岳&韩霄团队在水系锌离子电池正极研究领域取得新进展，相关成果以“Deciphering Anomalous Zinc Ions Storage in Intermediate State MnO2 of Layer-to-Tunnel Transition”为题发表于国际知名期刊Energy & Environmental Science（中科院一区TOP, IF: 32.4）。华中师范大学为第一完成单位，论文的第一作者是物理科学与技术学院的博士生李小惠。

（详见:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee03293d）

MnO₂具有较低的成本、可观的容量和丰富的结构（如：α、β、γ、δ等），被认为是水系锌离子电池（AZIBs）最有前途的正极材料。然而，无论是何种结构的MnO₂正极，其结构稳定性一直受到Jahn-teller（J-T）效应的影响。传统的MnO₂结构中，[MnO₆]结构单元是一个高度对称的八面体，这使得中心Mn⁴⁺的3d轨道分裂为双重简并的e_g和三重简并的t_2g轨道。对于高自旋态的Mn³⁺，由于电子占据不对称，双重简并的e_g轨道需要去简并，导致[MnO₆]八面体沿z轴拉伸变形（J-T畸变）。在循环过程中，Mn³⁺和Mn⁴⁺之间的反复变换使晶格发生周期性的膨胀和收缩，最终导致结构崩塌。因此，传统MnO₂结构中规则的[MnO₆]八面体是J-T效应和结构崩塌的根本原因。为解决这一问题，本文报道了一种层状向隧道状结构相变中间态的MnO₂（IS-MnO₂），该结构存在丰富的两相过渡区，导致界面区域的晶格发生畸变，[MnO₆]八面体单元变形，Mn离子的平均价态降低。[MnO₆]八面体的变形降低了配体场的几何对称性，从而消除了中心Mn离子的3d轨道简并，有效地避免了Mn³⁺的J-T效应，增强了正极循环稳定性；低价态的Mn离子降低了离子嵌入/脱出过程中的静电斥力，有效地提高了电池倍率性能。该工作为消除材料的J-T效应提供了新的思路。

研究工作得到中央高校基本科研业务费项目、国家重点研究与发展计划项目和国家自然科学基金的资助。

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通讯员｜杨　泽

责　编｜孟晨轩

审　校｜俞云伟