近日，Betway必威西汉姆联郭少华、周豪慎团队对MnO2基电池的两种不同体系进行全面概述，即有离子插入或转化的部分MnO2溶解/沉积和完全MnO2溶解/沉积。讨论从参与常规Zn2+/H+插入或转化反应的MnO2溶解/沉积的发现开始，介绍了MnO2溶解/沉积对反应机理和电池性能的影响。然后，提出了优选的完全MnO2溶解/沉积体系，重点讨论了该反应的影响因素、主要问题和改性策略。基于高可靠的MnO2溶解/沉积反应，探讨了权威论证的实现高能量密度和合格可逆性的全电池的设计策略。最后，展望了MnO2溶解/沉积化学的未来发展方向，有望指导基础科学和下一代水系电池的研究。
图1.MnO2溶解沉积化学的两种不同体系。
可充电水系MnO2基电池由于其固有的低成本、高安全性和有竞争力的比容量，近年来引起了人们的广泛关注和发展。尽管新兴的MnO2溶解/沉积化学推动了MnO2基电池朝着高能量密度发展，但也给传统离子嵌入反应的电池体系的反应机制和容量演变带来了不希望有的复杂性。由MnO2溶解/沉积反应驱动的电池在具有高理论比容量(616 mA h g−1)和理想理论电位(1.991 V vs. Zn/Zn2+)的高能量密度系统上提供了有前景的实用性，以及在没有离子嵌入情况下无阴极设计的可用性，但在商业应用和大规模储能的道路上受到了几个关键挑战的困扰。研究团队总结并分析了当前制约MnO2溶解沉积化学实际应用的两个主要问题，即动力学迟缓和可逆性差，并介绍了一系列针对上述问题的改性策略。最后，研究团队从三个方面展望了MnO2溶解沉积的未来发展方向：(1) 深入研究MnO2溶解沉积反应机理；(2) 优化MnO2基电池性能；(3) 实现大规模储能和商业化。
图6. MnO2溶解/沉积反应的主要问题及改性策略示意图。
该成果由Betway必威西汉姆联郭少华、周豪慎团队以“Aqueous MnO2/Mn2+ Electrochemistry in Batteries: Progress, Challenges and Perspectives”为题于2023年12月6日在线发表在国际知名期刊Energy & Environmental Science上。Betway必威西汉姆联硕士生任雨、博士生李浩宇和助理研究员饶袁为本文共同第一作者，Betway必威西汉姆联郭少华教授为通讯作者，Betway必威西汉姆联周豪慎教授为本工作提供了重要指导。这项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金委等的支持。
论文信息：
Authors: Yu Ren,† Haoyu Li,† Yuan Rao,† Haoshen Zhou, and Shaohua Guo*
Energy & Environmental Science
DOI: 10.1039/D3EE03661H
