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姚亞剛/洪果AEM：水系Zn/MnO2電池中雙電子氧化還原的精確質(zhì)子再分布

傳統(tǒng)鋅/二氧化錳 (Zn/MnO₂) 電池中的液體電解質(zhì)易導(dǎo)致從MnO₂到 MnOOH的單電子氧化還原的容量限制，Mn損失及容量退化等問題。

為了克服這些挑戰(zhàn)，南京大學(xué)姚亞剛教授及澳門大學(xué)洪果教授等人提出了一種關(guān)于在水凝膠電解質(zhì)中精確質(zhì)子重新分布的新想法，用于優(yōu)選的雙電子氧化還原反應(yīng)。

具體而言，水凝膠中的酸性層與MnO₂正極相鄰以維持雙電子氧化還原，中性層與鋅負(fù)極相鄰以抑制枝晶生長，二者被弱堿性層隔開以固定質(zhì)子分布。作者證明了MnO₂/Mn²⁺的雙電子氧化還原和負(fù)極保護(hù)在電池性能中起著關(guān)鍵作用。

圖1. 三層水凝膠電解質(zhì)的合成路線

驗證實驗表明，基于該電解質(zhì)的電池在0.05 A g^-1時的比容量為516 mAh g^-1，并且在5 A g^-1時5000次循環(huán)后的容量保持率為93.18%，而無需在電解液中添加額外的Mn²⁺。

更重要的是，使用三層電解質(zhì)的纖維狀Zn/MnO₂電池可以維持2000次循環(huán)，在 1 A g^-1時具有235 mAh g^-1的高初始容量，經(jīng)180°折疊6000次后，仍可保持99.54% 的容量。當(dāng)集成到衣服或便攜式配件中時，纖維電池在可穿戴電子產(chǎn)品中也顯示出巨大的潛力。

圖2. 纖維狀Zn/MnO₂電池的穩(wěn)定性和柔韌性測試

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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