本文用兩種元素（Rb和Mg）對P3-K0.5MnO2（KMO）正極結構進行改性，制備了K0.45Rb0.05Mn0.85Mg0.15O2 （KRMMO）正極材料來解決上述挑戰。
錳基層狀氧化物正極因其在成本和能量密度方面的優勢而備受關注，其用于鉀離子電池（PIBs）的主要挑戰是復雜的相變和K+嵌入/脫嵌過程中Mn的溶解。
在此，湖南大學魯兵安教授、于馨智副教授等人用兩種元素（Rb和Mg）對P3-K0.5MnO2（KMO）正極結構進行改性，制備了K0.45Rb0.05Mn0.85Mg0.15O2 （KRMMO）正極材料來解決上述挑戰。基于原子半徑和元素化合價，大的Rb陽離子（1.52 ?）可作為支柱來擴大層間距并穩定K層中的結構，從而導致K+的快速擴散和復雜相變的抑制。
同時，TM位點上小的Mg陽離子（0.72 ?）可最大限度地減少Mn3+的Jahn-Teller畸變離子并緩解歧化反應。通過原位XRD和HRTEM分析進行的結構表征表明，P3型KRMMO在初始電池組裝過程中通過結構自我演化轉變為O3型結構并在隨后的循環中保持穩定。另一方面，KMO經歷了多次相變。此外，通過抑制O3型向P3型的轉變，晶格體積變化變小。
因此，與原始KMO相比，KRMMO表現出顯著優異的電化學性能。其中，它在20和500 mA g-1下分別表現出108.4和77.3 mAh g-1的放電容量。甚至，在200 mA g-1下超過200次循環后，KRMMO仍能保持其初始容量的98.2%。進一步，作者進行了由KRMMO正極和石墨負極組成的全電池性能測試以驗證KRMMO的實際應用潛力。
當電流密度從100逐漸增加到500 mA g-1時，全電池分別提供了91.6、83.9、78.7、75.4和73.1 mAh g-1的高倍率可逆容量。在100 mA g-1時經過300次循環后，全電池仍具有86.8%的高容量保持率。因此，這項工作的結果為增強錳基氧化物的結構提供了新的可能性。在元素取代策略中，了解元素的性質和材料的結構變化對于設計新穎和創新的正極材料是必不可少的。
Interlayer-Engineering and Surface-Substituting Manganese-Based Self-Evolution for High-Performance Potassium Cathode, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203126
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