碱性MnO2双电子转化反应中无序中间体的动态机制及其对电网级电池性能的调控

来自国际团队的研究人员针对碱性Zn-MnO2电池在电网储能应用中Mn(III)中间体失效的核心问题，通过Bi添加剂调控机制研究，首次揭示了充放电过程中不对称的β′-MnOOH和δ-MnOOH中间体转化路径，证实Bi能完全阻断有害Mn3O4的生成。该突破为开发低成本、高安全性的双电子转化型阴极材料提供了关键理论支撑。

　　

这项突破性研究解密了碱性电解液中Zn-MnO₂电池的双电子转化魔法。当锰氧化物在Mn(IV)和Mn(II)状态间翩翩起舞时，Bi添加剂就像一位精准的舞伴指导，不仅延缓更彻底阻断了Mn₃O₄这个"舞步杀手"的形成。充电过程中，材料会形成一种压缩变形的无序层状β′-MnOOH中间体，这种结构能稳定存在并展现Bi的特殊电化学活性。而放电时则上演不对称剧情，δ-MnOOH如水合版"千层饼"（birnessite-type）短暂亮相。这种充放电路径的"左右不对称"特性，为理解转化型反应提供了新视角。更令人振奋的是，经过Bi修饰的材料在长循环中完全避免了Mn₃O₄的慢性中毒现象，让这种地球储量丰富的材料朝着电网级储能应用迈出关键一步。研究团队通过精细表征技术，首次绘制出完整的锰价态转化路线图，为设计下一代低成本、高安全性的储能系统提供了理论蓝图。