碱性Zn//Mn、Zn//Ni/Co、锌-空气电池、近中性锌离子电池和混合离子电池等锌水电池以其低成本、高安全性的特点在世界范围内引起了广泛的研究，并取得了一定研究成果。然而，输出电压不稳和动力学迟缓限制了锌基二次电池的实际能量和功率密度。

有鉴于此，为了获得低成本高功率和高能量密度ABs，阿德莱德大学乔世璋教授报道了催化电氧化/电还原电解动力学，并将其用于构建具有前所未有的倍率和电压特性的可充电锌锰混合水电池(HAB)。

文章要点

1）研究人员在HAB的电解液中简单地引入Ni²⁺，以催化MnO₂/Mn²⁺的电解动力学。所设计的Zn-Mn HAB具有快速的反应动力学(50 ℃下，60 s放电)、超过3.4 V的大电化学稳定窗口（ESW）、高容量(在2 C下，为270 mAh g^-1，包含了正极和负极活性物质的质量)和良好的长期循环性能(450次循环后的容量保留率为99%)。当同时考虑负极和正极活性材料时，获得了创纪录的19 kW kg^-1的电池功率密度和650 Wh kg^-1的能量密度。

2）采用原位同步X射线粉末衍射、非原位X射线吸收精细结构和电子能量损失谱等技术，研究人员揭示了可逆的电荷储存机理和提高倍率性能的原因。密度泛函理论(DFT)计算表明，引入强电负性Ni后，活性电子态增强，电荷离域增强。此外，通过对反应路径的模拟，证实了Ni掺杂剂周围活性氧位的电荷转移促进了催化电解动力学的增强。

催化与水基电池相结合的概念有利于提高整体电化学性能。研究结果将极大推进开发实用的大规模储能的可靠和具有经济效益的电池。

Dongliang Chao, et al, Atomic Engineering Catalyzed MnO2 Electrolysis  Kinetics for a Hybrid Aqueous Battery with High Power  and Energy Density, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202001894

https://doi.org/10.1002/adma.202001894