随着全球能源短缺和生态退化的日益严峻，向可再生能源的转型已成为必然趋势，而电池被视为一种极具潜力的能量储存设备。尽管锂离子电池因具有高能量密度和优异的循环稳定性而在新能源储存技术领域备受瞩目，但其应用仍存在一些局限性。全球锂资源分布不均导致原材料成本不断攀升，同时锂离子电池还存在过充安全问题和生产及报废回收过程中的环境影响，这些都限制了其长期可持续应用的可行性。因此，探索替代性的环保型电化学储能技术显得尤为迫切。锌离子电池因其原料丰富、成本效益高、安全性优越及生态兼容性好等优势，被视为推动储能领域范式转变的关键技术。在水系锌离子电池中，阴极材料的性能是限制其实际应用的关键因素。锰基氧化物（如MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄、MnO）因其高理论容量和合适的工作电压而被认为是水系锌离子电池阴极材料的理想选择。然而，锰基材料的发展仍受到低导电性、循环性能不足以及循环过程中体积变化等因素的制约。为了克服这些挑战，本研究通过引入铈元素和采用金属有机框架（MOFs）作为模板，成功合成了铈掺杂的Mn₂O₃微球（Ce–Mn₂O₃），旨在提高其导电性、结构稳定性和循环寿命，从而为水系锌离子电池提供一种高性能的阴极材料。
近日，高效储能材料与技术团队硕士研究生李信同委福祥教授在稀土元素改性锰基氧化物储能材料研究中获得新进展。针对水系锌离子电池锰基阴极材料导电性低、结构稳定性差及循环寿命不足等问题，本研究创新性地通过金属有机框架（MOFs）模板导向合成策略，成功制备了铈掺杂Mn₂O₃微球（Ce–Mn₂O₃）。得益于铈元素的电子结构调控效应，材料导电性显著提升，同时MOFs衍生的三维多孔微球结构有效缓解了充放电过程中的体积膨胀，增强了结构稳定性与离子扩散动力学。实验表明，Ce–Mn₂O₃阴极在0.2 A·g⁻¹电流密度下循环150次后容量保持率达92%，且展现出195.2 mAh·g⁻¹的高比容量。该研究通过组分优化与结构设计协同策略，为高性能、低成本水系锌离子电池的实用化提供了创新解决方案，对推动可再生能源存储技术发展具有重要科学意义与应用价值。
本研究通过铈元素掺杂与金属有机框架（MOFs）模板法，构建了三维多孔Ce–Mn₂O₃微球阴极材料，系统性解决了水系锌离子电池中锰基材料的导电性差、结构失稳及循环衰减问题。主要突破包括：
导电性优化：铈掺杂诱导Mn₂O₃电子结构重组，电荷转移阻抗降低48%；
结构稳定性增强：MOFs衍生多孔微球结构抑制体积膨胀，循环1000次后结构完整性保持＞90%；