Zn-Mn电池凭借原材料丰富、成本较低、安全性高的优势，在规模化储能领域展现出突出的应用潜力。然而，传统Zn-Mn 电池的电解液通常需以较高浓度的锌盐作溶质，同时，锌负极易发生腐蚀、析氢与不均匀沉积，致使循环寿命受限、电池成本偏高。锰基正极的储能反应主要包括：a）质子主导的嵌入，b）Zn2+主导的嵌入；c）Mn2+/MnO2溶解/沉积。目前研究认为，当两种甚至三种机制结合时，质子贡献是Mn基材料氧化还原反应的主要作用因素，这表明设计初始不含Zn的电解质在理论上是可行的。因此，在减少电解液中锌盐用量的同时，兼顾锌负极高可逆性与锰基正极的稳定性，是提高Zn-Mn电池能量密度和降低成本的关键。
半导体材料与器件创新团队通过设计乙二醇基醋酸铵（NH4Ac）混合电解液，利用乙二醇的纳米限域效应降低水的反应活性，并在锌负极表面构筑梯度电极|电解质界面，同时借助Cu-Zn合金化过程调控锌的成核与沉积行为，实现了锌负极的限域均匀无枝晶高效沉积。在正极侧，研究揭示了NH4⁺界面去质子化过程提供的质子和微量Zn2+共嵌入KxMnO2隧道结构的储能机制。基于上述电解液与电极界面的协同设计，该Zn-Mn电池在3 A·g-1电流密度下循环2200圈后，容量保持率达72.7%且放电容量维持在102.7 mAh·g-1。利用初始无锌电解液组装的Zn-Mn电池的性能达到了传统富锌电解液Zn-Mn电池的水平，为构建低成本、轻量化和长寿命Zn-Mn电池提供了新的设计思路。
图 传统Zn-Mn电池（采用富锌电解液）与采用新型无锌电解液重构的Zn-Mn电池的电池化学反应机理示意图
以上研究成果以“Reconfiguring Zn-Mn Battery via Controlled Water Nanoconfinement Within Zn-Absence Electrolyte”为题发表在《Small》（IF=11.8）上，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料学部青年教师何为东为第一作者，艾子政老师、吴拥中教授、郝霄鹏教授和伊尔梅瑙工业大学赵康宁教授为文章的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产融合重大创新项目和山东省泰山学者计划等项目的支持。
