科研成果

近日，材料科学领域国际顶级期刊 《Advanced Materials》 在线发表了我院包淑娟教授课题组最新研究成果“Re-Understanding the Reaction Mechanism of Aqueous Zn-Mn Battery in Sulfate Electrolytes: Role of the Zinc Sulfate Hydroxide”。该成果的第一完成单位为388快餐3小时不限次数，我校博士生谌昊为该论文的第一作者，包淑娟教授、徐茂文教授和南洋理工大学范红金教授为共同通讯作者。

本篇论文针对传统阳离子嵌入/脱出理论和化学转化反应理论对在硫酸盐基电解液的水系可充锌锰电池描述失效的情况，详细研究了水系可充锌锰电池的电化学反应过程，并进而提出了碱式硫酸锌（ZSH）协助的沉积溶解反应模型，很好的解释了水系可充锌锰电池中许多无多无法解释的电化学现象，并进而推导出了一系列非MnO₂正极材料包括ZnO，MgO和Cao等氧化物。

通过巧妙的电池设计，可以证明ZSH驱动的电解液中的Mn²⁺在充电过程中的沉积和放电过程中的溶解是电池容量的来源，并观察到沉积产物为水羟锰矿型的锰氧化物(Zn_xMnO(OH)₂)，且ZSH和Zn_xMnO(OH)₂之间转变的可逆性和效率是电池稳定性的主要因素。

因此，MnO₂电极在水系可充锌锰电池中的作用为诱导ZSH的形成和向电解液中释放Mn²⁺。因此，如果预先在电解液中添加一定的Mn²⁺，且正极表面存在ZSH，电极即可进行可逆的充放电。基于此推断，作者通过一系列实验，发现了许多可用作电池正极材料的非MnO₂正极，包括ZnO，MgO和Cao等氧化物。

该工作是包淑娟教授课题组在水系锌锰电池研究领域耕耘多年后的一重要阶段性成果。该研究工作得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、和重庆市海归创业创新支持计划的支持。

论文链接https://doi.org/10.1002/adma.202109092