1. 研究目的与意义（文献综述）

在便携式电子设备、电动车辆及可再生能源存储的应用方面，对高安全性、低成本的先进电池技术的需求日益提升。 尽管锂离子电池在能量/功率密度和使用寿命方面取得了很大的进步，但与易燃有机电解质相关的安全问题以及日益严重的锂资源价格和实用性问题阻碍了它们的大规模发展。 基于na 、k 、mg² 、和zn² 在含水电解质中的电化学嵌入/储存的电池化学品因其高安全性，材料丰富性和环境友好性被认为是具有前景的替代品。因为锌具有比碱性金属更高的水相容性和稳定性，允许多价电荷传输载体，并且可以采用成熟的工业流程生产和再循环使用，使得可充电锌离子电池（zibs）独具吸引力。

锌 - 二氧化锰（zn-mno₂）电池由于成本低、安全性高且易于制造而在电池市场占据主导地位。碱性锌锰电池通常是作为一次性电池来使用的。多年来，将废弃型原电池变为可充型电池，一直是电池界研究的热门课题。开发可充碱性锌锰电池不但可物尽其用，节约资源，降低电池成本，而且这种电池具有比能量大、端电压较高、放电电压平稳、储存寿命长、自放电率低、工作温度范围广等特性，充放电循环寿命可达100次以上，是一种具有竞争能力和发展前途的产品。如果能够有效地提高锌电极的循环寿命，进一步改进mn0₂电极的性能和结构，并较好地解决正负极相匹配的问题，则二次碱性锌锰电池的性能可望进一步提高。 尽管如此，以前的尝试还是由于在碱性电解质中形成不可逆的放电物质（例如分别在阴极和阳极处生成的mn(oh)₂和zno）而导致循环性能差。虽然碱性锌锰电池（图1）显示可循环多次充电，其交付容量受限于浅层次放电（#12316;10％）。 近年来，通过使用弱酸性电解质（例如，znso4水溶液）改善了zn-mno2水溶液电池的可充电性。

2. 研究的基本内容与方案

层状金属氧化物的层状结构是一种天然的离子插层通道，有利于离子的快速嵌入和脱出，被广泛地应用于超级电容器和可充放电二次电池中。但是在充放电过程中，离子的扩散速率会受到层间距的限制，金属阳离子的预嵌入对于改善层状材料的离子扩散问题有显著的效果，并且可以根据预嵌入阳离子的种类来调控层间距。本实验拟通过在制备δ-MnO2的过程中原位引入金属阳离子，如Li 、K 、Na 等，期望实现增大δ-MnO₂层间距的目的。利用电化学测试，系统探究不同层间距的δ-MnO₂在Zn² 溶液中的电化学性能，研究δ-MnO₂层间距的调控对于离子

扩散速率的影响。

具体步骤如下：

1． 按照实验要求对钢网进行裁剪，并进行预处理以除去其表面杂质

预处理：用碱、丙酮、乙醇、水依次浸泡钢网超声清洗（20min）,

在60℃烘箱中烘干，备用。

2． 配制电沉积电解质溶液

配制方案：0.01M Mn(Ac)₂ 0.02M NH₄Ac

0.02M NaAc、Zn(Ac)₂、KAc

0.01M NaAc、Zn(Ac)₂、KAc

0.005M NaAc、Zn(Ac)₂、KAc

3． 恒电流沉积法制备δ-MnO₂

通过控制恒电流（0.4mA#8226;cm^-1）沉积10min

探究不同种类、不同浓度离子的预嵌入对电极材料电化学性能的影响。

4． 将所得电极材料水洗（去离子水），400℃淬火30min。

5． 对所制得的电极材料进行电化学性能测试：循环伏安测试（CV）、CD恒电流充放电(CD)、电化学阻抗谱、倍率性能与循环性能测试。

2.2研究目标

探究不同种类、不同浓度离子的预嵌入对电极材料电化学性能的影响。

预嵌入离子及浓度：0.01M Na 、Zn² 、K

0.005M Na 、Zn² 、K

0.0025M Na 、Zn² 、K

2.3技术路线图

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需条件。确定方案，完成开题报告。

第3-14周：按研究方案开展实验，并结合实际情况进行优化和改进；

第15周：整理实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

1. g. g. yadav, j. w. gallaway, d. e. turney, m.nyce, j. h. huang, x. wei, s. banerjee, regenerable cu-intercalated mno2layered cathode for highly cyclable energy dense batteries, nat commun. 2017;8: 14424.

2. j. h. song, m. noked, e. gillette, j. duay, g.rubloff, s. b. lee, activation of a mno2 cathode by water-stimulated mg2 insertion for a magnesium ion battery, phys.chem.chem.phys.,2015, 17, 5256.

3. c. mallory, p. ekaterina, bilayered vanadiumoxides by chemical pre-intercalation of alkali and alkali-earth ions as batteryelectrodes, energy storage materials, 11 (2018) 30–37.

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