姚亚刚/洪果AEM：水系Zn/MnO2电池中双电子氧化还原的精确质子再分布

传统锌/二氧化锰 (Zn/MnO₂) 电池中的液体电解质易导致从MnO₂到 MnOOH的单电子氧化还原的容量限制，Mn损失及容量退化等问题。

为了克服这些挑战，南京大学姚亚刚教授及澳门大学洪果教授等人提出了一种关于在水凝胶电解质中精确质子重新分布的新想法，用于优选的双电子氧化还原反应。

具体而言，水凝胶中的酸性层与MnO₂正极相邻以维持双电子氧化还原，中性层与锌负极相邻以抑制枝晶生长，二者被弱碱性层隔开以固定质子分布。作者证明了MnO₂/Mn²⁺的双电子氧化还原和负极保护在电池性能中起着关键作用。

图1. 三层水凝胶电解质的合成路线

验证实验表明，基于该电解质的电池在0.05 A g^-1时的比容量为516 mAh g^-1，并且在5 A g^-1时5000次循环后的容量保持率为93.18%，而无需在电解液中添加额外的Mn²⁺。

更重要的是，使用三层电解质的纤维状Zn/MnO₂电池可以维持2000次循环，在 1 A g^-1时具有235 mAh g^-1的高初始容量，经180°折叠6000次后，仍可保持99.54% 的容量。当集成到衣服或便携式配件中时，纤维电池在可穿戴电子产品中也显示出巨大的潜力。

图2. 纤维状Zn/MnO₂电池的稳定性和柔韧性测试

Precise Proton Redistribution for Two-Electron Redox in Aqueous Zinc/Manganese Dioxide Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102055

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姚亚刚/洪果AEM：水系Zn/MnO2电池中双电子氧化还原的精确质子再分布

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