综述：锰二氧化物正极在锌离子电池中的储能机制、改性策略及商业化前景综述

（编辑推荐）本综述系统探讨了水系锌离子电池（AZIBs）中锰基氧化物正极的储能机制与改性策略，重点解析了MnO2多晶型结构对Zn2+存储性能的影响，提出导电改性、缺陷工程等优化方案，并展望其商业化挑战与可持续发展路径，为高性能AZIBs设计提供理论依据。

　　

锌离子电池中锰基氧化物的储能机制与优化策略

复杂的Zn²⁺存储机制

锰基氧化物作为水系锌离子电池（AZIBs）正极材料，其反应机制远复杂于传统锂电。研究表明，Zn²⁺在MnO₂中的存储涉及六种主要路径：包括H⁺/Zn²⁺共嵌入、Mn²⁺/Mn⁴⁺氧化还原转换等。其中，新提出的双电子转换机制（Mn⁴⁺→Mn²⁺）可将理论容量提升至616 mAh g^?1，但伴随锰溶解和相变等挑战。不同晶体结构（如α-MnO₂的2×2隧道、δ-MnO₂的层状结构）显著影响离子迁移动力学，而电解液pH值波动可能导致副产物生成。

正极材料的优化策略

针对锰基材料导电性差、锰溶解等问题，研究者提出多维度解决方案：

1. 结构设计：构建纳米线（1D）、纳米片（2D）或三维多孔框架，缩短离子扩散路径。例如γ-MnO₂/石墨烯复合材料实现411.6 Wh kg^?1的能量密度。

2. 导电改性：通过碳包覆或金属掺杂（如Ag、Co）提升电子传导率，其中碳纳米管修饰使电极电阻降低60%。

3. 缺陷工程：引入氧空位或锰缺陷可暴露更多活性位点，δ-MnO₂经缺陷调控后容量提升至309.5 mAh g^?1。

4. 预嵌策略：层间插入K⁺、Al³⁺等离子可扩大δ-MnO₂层间距至0.7 nm，加速Zn²⁺传输。

商业化前景与挑战

尽管锰基材料成本低（约1万美元/吨），但产业化仍面临瓶颈：电极负载需超过20 mg cm^?2以匹配锂电标准，而循环过程中锰溶解导致的容量衰减需通过电解液添加剂（如MnSO₄）抑制。未来需结合数据驱动方法优化合成工艺，并评估全生命周期环境效益，推动AZIBs在智能电网等场景的应用落地。

（注：全文基于原文实验数据与结论缩编，未新增观点）