中科大闫立峰JACS：基于纳米胶束电解质的超稳定高能量密度锌-锰电池

在阴极和阳极同时进行双电子转换反应的锌-锰电池具有高电压平台和高能量密度。然而，锌阳极面临枝晶生长和寄生副反应，而阴极上的Mn²⁺/MnO₂反应涉及析氧并且具有较差的可逆性。

图1 甲基脲的作用示意

中国科学技术大学闫立峰等开发了一种采用甲基脲（Mu）的新型纳米胶束电解质，该电解质可以将离子封装在纳米域结构中，以在外部电场下以控制释放的形式引导Zn²⁺/Mn²⁺的均匀沉积。得益于具有重组局部氢键网络的纳米团簇，包括析氢和析氧在内的水分解得到了抑制，锌阳极上的寄生副反应也得到了缓解。

此外，在沉积过程中，Zn²⁺/Mn²⁺从胶束到电极表面的有序可控释放，使锌阳极表面致密而平整。另外，锌阳极由于受到锌金属与Mu分子自发反应原位生成的SEI层的保护，免受持续腐蚀。并且Mu分子也参与了SEI层的组成，形成了稳定的无定形产物。

图2 对称电池性能

因此，锌阳极的CE值可提高到99.27%，并且采用胶束电解质组装的对称锌∥锌电池在1 mAh cm^-2的条件下可获得800小时的使用寿命。

此外，所设计的胶束电解质中，Mn²⁺/MnO₂双电子转换反应的可逆性也显著增强。最终组装的锌-锰电解电池具有800 Wh kg^-1的超高能量密度，平均放电电压为1.87 V，循环800次后容量保持率接近100%。

总之，这项工作提出的胶束策略侧重于调节电解质体环境和改变离子传输模式，成功构建了高能量密度和超稳定的锌-锰电池。

图3 锌-锰电池性能

Nanomicellar Electrolyte To Control Release Ions and Reconstruct Hydrogen Bonding Network for Ultrastable High-Energy-Density Zn–Mn Battery. Journal of the American Chemical Society 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c07764

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中科大闫立峰JACS：基于纳米胶束电解质的超稳定高能量密度锌-锰电池

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