【鋅離子電池】Nature Energy: 「電解質解耦」促進與穩定高能的可充電水系鋅二氧化錳電池
水電池系統具有高安全性，但是它們通常遭受低電壓和低能量密度的困擾，從而限制了其在大規模存儲中的應用。近日，天津大學鍾澄教授、胡文彬教授（共同通訊）提出了一種電解質去耦策略，通過同時啟用Zn和MnO2電極的最佳氧化還原化學作用來最大化Zn-MnO2電池的電勢。解耦後的Zn-MnO2電池的開路電壓為2.83 V（常規Zn-MnO2電池的典型電壓1.5 V）。在深度循環200 h後，僅具有2％容量衰減的可循環性。受益於MnO2的充分利用，Zn-MnO2電池還能夠在各种放電電流密度下保持約100％的容量。這種電解質去耦策略適用於其他高性能鋅基水性電池，例如Zn-Cu和Zn-Ag電池。
本文要點：
1）將MnO2陰極和Zn陽極的工作條件解耦，以便在單個電池中實現酸性MnO2和鹼性Zn氧化還原反應。在兩個被中性電解質隔開的腔室中同時使用了鹼性和酸性電解質，以避免它們被中和。中性電解質腔室被兩面各有離子選擇性的膜包裹。
2） 高達2.83 V的Zn-MnO2電池，該電池可以在各種充電狀態下提供穩定的放電平臺。DZMB可以實現MnO2的兩電子反應，幾乎完全利用了負載的MnO2，提供的比容量幾乎與理論值617 mAh g-1一致。
3）電解液解耦設計極大地提高了DZMB的循環穩定性，在循環200h仍表現出穩定的性能。得益於高的比容量和高的電池電壓，DZMB可以提供1621.7 WhkgMnO2-1的高比能量密度。基於電沉積MnO2、碳集電器、鋅箔、所有電解液和離子交換膜的總重量，容量為3.33 Ah的DZMB原型可提供90 Wh kgcell-1的電池能量密度，超越了傳統的商業化水性電池。
圖 Zn-MnO2電池的工作機理示意圖
文獻信息：
Decoupling electrolytes towards stable and high-energy rechargeable aqueous zinc-manganese dioxide batteries（Nature Energy, 2020, DOI: 10.1038/s41560-020-0584-y）。