水系金属电池技术代表了在高安全性前提下探索电池能量密度提升的重要方向。锰金属负极（-1.19 V vs SHE）具有明显低于锌金属（-0.76 V vs SHE）的工作电位，可通过提升电池工作电压来提升能量密度。然而，锰金属在水系电解液中应用，面临两个关键科学问题：（1）电化学方面，锰金属负极工作电位超出普通水系电解液电化学窗口；（2）化学方面，锰金属容易与水发生反应（其活性要明显强于当前的锌金属）。 针对以上关键科学问题，香港城市大学支春义教授、北京化工大学邱介山教授和杨琪副教授、广东工业大学刘军教授合作，巧妙的设计了无机-有机界面，双管齐下，巧妙的解决了锰金属负极在水系电解液中面临的双重挑战，在锰金属电池发展之初即实现了长达200小时的循环寿命，相应锰金属全电池输出电压较当前锌电池明显提升。 该工作揭开了水系锰金属负极发展的序幕，代表了高安全水系电池能量升级之路上的积极探索，同时，“预先构筑无机界面，进而促进有机界面形成”之策略为高能量金属电池的负极保护提供了良好的借鉴。
开发了一种绿色环保的蔗糖基水系电解液，拓宽了电解液窗口，解决了常规水系电解液窗口狭窄的问题，从电化学层面初步实现了锰金属的沉积溶解。 预先构筑锡基无机界面，起到初步稳定锰负极/电解液界面的作用（bubble-free），进而促进形成均匀的有机界面，实现了优异的循环性能。 有机界面的形成，源于蔗糖的酯化反应，而系列反应的第一步是锰金属沉积之前的电驱动高氯酸钠还原，此为内部条件。除此之外，有机界面的形成亦离不开无机界面的保护，无机界面的构筑起到了初步抑制锰金属与水反应，提供一个稳定的界面环境，用以促进有机界面的稳步形成，此为外部条件。 锰金属电池显示出远高于锌金属电池的高电位区间放电容量，实现水系电池能量密度的明显提升。 论文信息 Rechargeable Aqueous Mn Metal Battery Enabled by Inorganic-Organic Interfaces Qi Yang,Xiaofeng Qu,Huilin Cui,Xincheng He,Yuan Shao,Yong Zhang,Xun Guo,Ao Chen,Ze Chen,Rong Zhang,Duanyang Kong,Zhicong Shi,Jun Liu,Jieshan Qiu,Chunyi Zhi Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202206471
