中南大學(xué)周江教授團隊在ChemSusChem發(fā)表了題為Issues and Opportunities Facing Aqueous Mn2+/MnO2-based batteries的前瞻性綜述文章，對目前水系電池研究熱點之一的二氧化錳溶解沉積反應(yīng)（Mn2+/MnO2 反應(yīng)）的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀進行了探討。文章重點討論了基于Mn2+/MnO2反應(yīng)的水系電池，特別是水系鋅錳電池的反應(yīng)機理，及其存在的挑戰(zhàn)、改性策略和在電化學(xué)儲能應(yīng)用中的發(fā)展前景。
近年來，隨著對大規(guī)模儲能需求的逐漸增加，二次電池得到了快速發(fā)展。其中，水系鋅電池因其綠色環(huán)保、無毒性、低成本等優(yōu)勢成為下一代儲能體系的有力競爭者。最近幾年，二氧化錳的溶解沉積反應(yīng)吸引了大量研究者的關(guān)注和探索，因其二電子反應(yīng)的高容量和沉積反應(yīng)的無正極特性而成為研究熱點。目前報道的基于溶解沉積反應(yīng)的水系電池主要包括鋅錳電池和其他負極（銅、鉛、氫負極等）的電池，根據(jù)電解液的成分還可以分為硫酸鹽基和醋酸鹽基電池。然而，溶解沉積反應(yīng)復(fù)雜的機理和不規(guī)范的電池測試條件，使得對電化學(xué)性能的評估和比較變得尤為困難。同時，該領(lǐng)域仍然存在著反應(yīng)機制不清晰、改性手段較欠缺的問題。 中南大學(xué)周江教授團隊在ChemSusChem期刊上發(fā)表前瞻性綜述文章，對近年來基于Mn2+/MnO2 反應(yīng)的研究進展進行了總結(jié)，針對存在問題和改性策略提出了新觀點。文章針對硫酸鹽基電池中Mn2+/MnO2 反應(yīng)所需要的強酸性環(huán)境及其帶來的負極腐蝕問題進行了討論，提出了負極保護和解耦策略等改性方法。而對于醋酸鹽基溶解沉積的低反應(yīng)電壓和二氧化錳剝離等特殊現(xiàn)象，文章也提出了觀點，認為低反應(yīng)電壓來自于醋酸根對氫離子濃度的影響并依據(jù)能斯特方程進行了相關(guān)計算，其結(jié)果吻合已報道文章的數(shù)據(jù)。此外，類似于高濃度氫離子對溶解反應(yīng)的促進，文章認為由于醋酸根對錳離子的絡(luò)合作用，低濃度的錳離子同樣能夠促進溶解反應(yīng)正向進行。值得注意的是，不同于之前報道的文獻，文章認為作為反應(yīng)中間物的三價錳離子并非不存在于醋酸鹽體系中，并可能是二氧化錳剝離的來源之一，相關(guān)問題仍需進一步研究。最后，文章還對基于Mn2+/MnO2 反應(yīng)的水系電池的性能測試與評估提出了觀點與建議，并對其未來發(fā)展前景進行了展望。 論文信息 Issues and Opportunities Facing Aqueous Mn2+/MnO2-based batteries Zhexuan Liu, Dr. Liping Qin, Prof. Bingan Lu, Prof. Xianwen Wu, Prof. Shuquan Liang, Prof. Jiang Zhou ChemSusChem DOI: 10.1002/cssc.202200348
