近日，我校物理科学学院李洪森教授课题组在揭示弱酸性水系锌离子电池体系的电化学储能机制研究方面取得重要进展。相关原创性研究成果以“Revealing the Dominance of the Dissolution-Deposition Mechanism in Aqueous Zn-MnO₂ Batteries”为题在国际顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》（《德国应用化学》）在线发表，论文通讯作者有李洪森教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授以及南京大学丁煜教授，我校为第一通讯单位。

化石燃料的日益枯竭及其对环境的负面影响促使着人们对高性能、安全、环保的储能系统的开发。而水系锌离子电池采用廉价、不易燃的水溶液为电解质，在稳定性、成本和安全性方面具有明显优势，被认为是最具吸引力的可再生能源高效电网存储的候选者之一。然而，作为最具研究价值的水系锌离子电池体系，尽管近年来Zn-MnO₂电池的电化学性能取得了显著进展，但其在弱酸性水系电解质中的储能机制仍存在争议。

为了进一步揭示Zn-MnO₂电池在弱酸性电解质中的储能机理，这项工作通过耦合传统扣式电池和定制的烧杯电池，开发了一种新的方法，以精确识别Zn-MnO₂电池的储能机制。该方法直观地模拟了不同场景下电池的运行状态，可以全面研究弱酸性条件下Zn-MnO₂电池的运行机理（如上图所示）。实验结果表明，控制Mn²⁺在电解液中的加入可以调节电池的电化学性能。同时，利用该方法能够系统地排除Zn²⁺和/或H⁺嵌入/脱出反应的可能性，从而确认了MnO₂/Mn²⁺溶解-沉积机制的主导地位。此外，结合一系列的相和光谱表征，该工作还探讨了电池循环过程中电极和电解质的组成、形态和结构演变，阐明了Zn-MnO₂电池在弱酸性电解质中的储能化学特性。该方法亦可以推广到其他储能系统，为准确识别水系铝离子电池的储能机理提供一种通用的方法。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202318444