近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲教授团队在水系锰金属电池研究方面取得重要进展，相关成果以“An Mn-Enriched Interfacial Layer for Reversible Aqueous Mn Metal Batteries”为题发表在《Nano Letters》上。
锰金属具有较低的氧化还原电位（-1.19 V vs. SHE）和976 mAh g-1的高理论容量，使其成为极具吸引力的水性可充电电池负极材料之一。此外，锰是地壳中第二丰富的过渡金属，具有经济可行性和促进大规模应用的潜力。然而，锰负极具有较高化学反应活性，在水系电解液中会引发严重的析氢反应（HER）。同时，Mn2+离子具有较大的离子半径，导致相对缓慢的Mn2+迁移，容易引起负极表面的浓差极化，诱导枝晶的形成。
在本研究中，杜菲教授团队通过原位聚合方法在锰负极表面构建富锰凝胶界面层（Mn@MIL），同时解决锰负极析氢和枝晶的问题。这种Mn@MIL不仅可以作为物理屏障，防止Mn负极与水系电解液的直接接触，从而抑制HER；此外，Mn@MIL中高浓度的Mn2+可以加速Mn2+的扩散，延长桑德时间，从而抑制枝晶的生长。这一创新标志着低浓度水系电池领域的重大进展，成功解决了水系锰金属电池的关键科学问题，显著提升了电池的性能，为未来的实际应用奠定了基础。
文章第一作者为吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室2023级博士生候志超，通讯作者为吉林大学物理学院杜菲教授、张冬教授、姜珩教授。该工作得到了基金委基金重大研究计划、面上项目和吉林省重点项目的大力支持。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c03815.
