共溶剂电解质技术实现了可逆且高能量的水系锰金属电池

《Advanced Functional Materials》：Co-Solvent Electrolyte Engineering Enables Reversible and High-Energy Aqueous Manganese Metal Batteries

aqueous manganese-metal batteries (MMBs)通过引入N,N-二甲基甲酰胺（DMF）共溶剂优化电解质，显著提升循环性能与安全性，并实现高容量柔性电池。

　　

摘要

水基锰金属电池（MMBs）由于锰阳极的低氧化还原电位、高理论容量和环境友好性，在下一代储能技术中具有巨大潜力。然而，传统MnSO₄电解质中的较差循环稳定性和有限的阴极容量限制了其实际应用。本文介绍了一种共溶剂策略，使用N,N-二甲基甲酰胺（DMF）与3摩尔MnSO₄（体积比15%）混合（称为MnSO₄-DMF15），以调节Mn²⁺的溶剂化结构和界面行为。这种定制的电解质将电化学窗口扩展至2.76 V，抑制了氢气的产生，并能够在Zn基底上实现无枝晶的锰沉积，过电位低（43 mV），循环寿命超长（>2300小时），库仑效率高达98.3%。使用商用MnO₂阴极组装的全电池在600次循环后仍保持405 mAh g^?1的高容量和76.7%的容量保持率。值得注意的是，MnSO₄-DMF15实现了原位Mn²⁺/MnO₂沉积机制，在无阴极电池中实现了0.48 mAh cm^?2的容量。软包装的 pouch 电池进一步展示了高容量（350 mAh g^?1）、机械柔韧性和稳定的性能。这项工作提出了一种可扩展的电解质工程策略，提高了水基MMBs的能量密度、可逆性和材料效率，为其在柔性及可持续储能中的应用奠定了基础。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。