可充電水性鋅離子電池（ZIBs）由于其成本效益，無毒，自然豐富的鋅金屬作為負極和環(huán)保的中性水性電解質而受到了越來越多的關注。更重要的是Zn2+的低氧化還原電勢/ Zn（-0.76 V vs SHE）和高理論容量（819 mAh g-1和5851 mAh cm-3）非常吸引人，從而使ZIB水溶液成為大規(guī)模能源系統(tǒng)中有希望的儲能設備。正極材料是決定水性ZIBs電化學性能的關鍵因素之一。其中，二氧化錳（MnO2）和普魯士藍類似物是被廣泛研究的正極材料。受到尖晶石LiMn2O4陰極在LIB中成功應用的啟發(fā)，具有類似尖晶石結構的鋅錳氧化物（ZnMn2O4）被公認為是可以在水性ZIBs中有效提供Zn2+的有前途的陰極材料。此外，ZnMn2O4（縮寫為ZMO）作為一種新型的雙金屬氧化物，由于其獨特的雙原子協(xié)同作用，具有增強的氧化還原對和可及的活性位點。

江蘇科技大學Chao Yan教授課題組和四川大學Qiang Peng教授合作在知名國際學術期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表一篇題目為：3D assembly of MXene-stabilized spinel ZnMn2O4?for highly durable aqueous zinc-ion batteries的研究論文，設計并提出了與ZMO納米粒子復合的Ti-MXene（Ti3C2Tx）的3D互聯(lián)組件并用于水系ZIBs，其中Ti3C2Tx表現(xiàn)出豐富的功能化表面，高堆積密度和出色的金屬導電性。值得注意的是，高導電性層狀Ti3C2Tx?基底不僅可以為有效的電子傳輸提供連續(xù)的導電路徑，而且可以極大地抑制ZMO的聚集和溶解，因此在重復循環(huán)中可以有效地抑制ZMO的不可逆結構降解和副反應。

圖1.?制備的ZMO的SEM,XRD,結構圖和在水系ZIBs中原位拉曼測試

圖2.?ZMO正極（a）在水性ZIBs中1 Ag?-1下的循環(huán)穩(wěn)定性，（b）非原位XRD圖，（c）重復循環(huán)后的HRTEM圖像

圖3.（a）ZMO@Ti3C2Tx復合材料的制備流程示意圖（b）手風琴狀的Ti3C2Tx堆疊的FESEM圖像，ZMO@Ti3C2Tx復合材料的（c和d）不同放大倍數(shù)的FESEM圖像，（e）EDS映射圖像（f）XRD圖譜和（g）拉曼光譜。

圖4.?ZMO@Ti3C2Tx復合材料在水性ZIBs中作正極的電化學性能

圖5.?ZMO@Ti3C2Tx復合材料 (a)1A g-1長循環(huán)性能 （b）容量保持率 （c，d）在5000次循環(huán)后的FESEM圖像 (e)異位XRD

圖6.ZMO@Ti3C2Tx?// Zn柔性水ZIBs的制備流程及性能

本文介紹了ZMO在Zn?2+?嵌入/嵌出時的能量存儲和循環(huán)降解，這與尖晶石ZMO和MnO2在充放電過程中的可逆相變密切相關。以及不可逆的非活性ZnO副產物的形成導致重復循環(huán)后容量下降。電化學機制闡明了ZMO在ZIB水溶液中的Zn2+儲存。在此基礎上，設計并制備了新型的ZMO@Ti3C2Tx復合材料，其中高導電性Ti3C2Tx?框架能有效地抑制ZMO的不可逆的結構退化和副反應。所得的ZMO@Ti3C2Tx正極在水性ZIBs中可提供172.6 mAh g-1的可逆比容量，具有約100％的高庫侖效率，以及出色的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性（5000次循環(huán)后保留率約為92.4％）。本文構造了凝膠電解質的柔性水性ZIB， 其在不同的機械狀態(tài)下表現(xiàn)出穩(wěn)定的電化學性能，可用作便攜式和可穿戴電子設備中的高效柔性能量存儲設備。這項工作對Zn?2+儲存機理提供了重要見解，對尖晶石ZMO及其復合物用于高性能和耐用水性ZIBs提供了科學依據(jù)。

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