近日，我院杨立山老师课题组设计开发了一种可用做水系电池正极的磷酸锌锰基新材料，在国际综合类期刊Nano Letters发表了题为“ZnMn2(PO4)2žnH2O: a H2O-imbedding-activated cathode for robust aqueous Zinc-ion batteries”的研究论文。该技术已获国家发明专利授权（专利号：ZL 2019 1 0719132.2）。
水性锌离子电池受到了广泛关注，因其诸多特性优势：高可逆容量、高安全性、环境友好、原材料安全易得、以及空气气氛下的易操作性。其中，围绕正极材料的研究主要集中在钒基氧化物、锰基氧化物及普鲁士蓝的结构优化或纳米复合设计，开发廉价可逆的新型正极材料仍然是本领域的热门研究课题。在各类有机系二次电池领域中，以磷酸亚铁锂、磷酸铁锰锂、复合磷酸铁钠为代表的聚阴离子正极材料都实现了优异性能和广泛应用，但磷酸盐仍然无法提供足够大的Zn2+离子通道和稳定可逆的嵌/脱Zn2+结构。杨立山老师课题组在本论文首次报道了一种ZnMn2(PO4)2·nH2O（ZMP·nH2O）新结构，是通过电极老化过程中ZnMn2(PO4)2（ZMP）的水合反应获得。得益于晶格H2O分子引入ZMP结构，离子传输路径随着d间距的扩大而扩大，这将进一步促进ZMP→ZMP·nH2O的相变和电化学反应动力学。同时，PO43-中的H2O和O之间可以产生氢键，增强了ZMP·nH2O的结构循环稳定性，降低了Zn2+吸收/去除过程中ZMP到ZMP·4H2O的转化势垒。因此，ZMP·nH2O提供了增强的电化学反应动力学，具有强大的结构耐受性（620次循环后，仍能稳定输出106.52mA h g-1放电容量）。该新型水性Zn||ZMP·nH2O电池为高性能ZIB的工程和探索提供了一种新策略，助力于廉价锰基正极的实际应用。
文章第一作者是湖南师范大学毕业生、南华大学校聘教授王春辉，通讯作者是湖南师范大学的杨立山副教授、武汉大学王俊博士以及中南大学的王海燕教授，我校为第一通讯单位。本研究得到了国家重点研发计划及国家自然科学基金的支持，论文信息：
Chunhui Wang, Keyi Xian, Shuangshuang Zhao, Lishan Yang,* Junjian Zhou, Yahui Yang, Xiangping Chen, Jiang Yin, Jun Wang*, Haozhe Qin, Zhongliang Tian, Yanqing Lae, Zhongchang Wang, Bao Zhang, Haiyan Wang*, “ZnMn2(PO4)2žnH2O: a H2O-imbedding-activated cathode for robust aqueous Zinc-ion batteries”, Nano Lett., 2024, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01420.