《AEM》澳门大学洪果／南京大学姚亚刚：在水凝胶电解质中精确质子重新分布

　　传统锌 /二氧化锰 (Zn/MnO 2 ) 电池中的液体电解质导致从 MnO 2 到 MnOOH 的单电子氧化还原的容量限制，以及不希望的 Mn 损失和容量劣化。 最近 ，为了克服这些挑战， 澳门大学和南京大学科研 团队 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。

　　

　　图1 具有三层水凝胶电解质的水性 Zn/MnO 2 电池示意图。 这三层分别被定义为从 MnO 2 阴极到 Zn 阳极的“酸性区”（A 区）、“缓冲区”（B 区）和“保护区”（C 区）。A区提供大量的H + ，B区为弱碱性，C区为中性。

　　具体而言，水凝胶中的酸性层与 MnO 2 阴极相邻以维持双电子氧化还原，中性层与锌阳极相邻以抑制枝晶生长，其被弱碱性层隔开以固定质子分布。MnO 2 /Mn 2+ 的双电子氧化还原和阳极保护被证明在电池性能中起着关键作用。这种电池在 0.05 A g -1 时的比容量为 516 mAh g -1 ，并且在 5000 次循环后在 5 A g -1 时的容量保持率为 93.18%，而无需在电解液中添加额外的 Mn 2+ 。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。180°折叠6000次后，仍可保持99.54%的容量。当集成到用户的衣服或便携式配件中时，纤维电池在可穿戴电子产品中显示出巨大的潜力。

　　

　　图2 ABC-H电解液的合成路线。

　　

　　图3 A) 总厚度为 1.5 mm 的三层水凝胶的数码照片。B) 光学显微镜下清晰的三个区域（每个区域的厚度为 500 μ m）和代表性界面（α、β、γ 和 ε）。C) 具有特征峰的三层水凝胶的 FTIR 光谱。(D&E) 不同 H + 浓度的 A 区对硬币型 Zn/MnO 2 电池电化学性能的影响。F) 三层水凝胶代表性界面的 pH 稳定性测试。

　　

　　图6 含 ABC-H电解液的纤维状Zn/MnO2电池的稳定性和柔韧性测试。

　　

　　相关论文以题为 Precise Proton Redistribution for Two-Electron Redox in Aqueous Zinc/Manganese Dioxide Batteries 发表在 《 Advanced Energy Materials 》 上。 通讯作者 是 南京大学 姚亚刚教授 、和 澳门大学 洪果教授 。

　　参考文献 ：

　　doi.org/10.1002/aenm.202102055