Nat Commun：用于水系锌离子电池的氧化锰石墨烯超晶格中的协同 Jahn-Teller 效应和长程应变

Nanoyu

2025-06-07

Jahn-Teller效应和协同Jahn-Teller效应是在单个离子和固态晶格中引起不对称的现象，并且通常在包含特定过渡金属如铜和锰的结构中观察到。尽管Jahn-Teller效应导致晶格畸变，使可充电电池中的电极材料受压，但策略性地利用由Jahn-Teller协同畸变产生的应变可以增强结构稳定性。

在这里，悉尼科技大学Guoxiu Wang，曼彻斯特大学Rahul Raveendran Nair通过在块状二氧化锰/石墨烯复合材料中构建具有石墨烯的二维超晶格结构来介绍MnO₂的协同Jahn-Teller效应。

文章要点

1）MnO₂和石墨烯之间的强相互作用增加了高自旋Mn³⁺离子的浓度，产生有序的长程双轴应变，这些应变在平面外方向上是压缩的，在平面内方向上是拉伸的。这些应变减轻了Zn²⁺嵌入应力和质子腐蚀，使水系锌离子电池在5 C(1 C = 308 mA g^-1)下保持165 mAh g^-1容量超过5000次循环。

研究方法提供了一种有效的策略，通过引入协同Jahn-Teller效应来克服电极材料中的离子插入应力，从而显著提高可充电电池的寿命。

参考文献

Wang, S., Guo, X., Huang, K. et al. Cooperative Jahn-Teller effect and engineered long-range strain in manganese oxide/graphene superlattice for aqueous zinc-ion batteries. Nat Commun 16, 5191 (2025).

DOI：10.1038/s41467-025-60558-y

https://doi.org/10.1038/s41467-025-60558-y