水相锌锰电池以其环境可持续性和具有竞争力的成本，正在成为一种有前途的、安全的电网级电化学储能替代方案。

近日，石溪大学Yu-chen Karen Chen-Wiegart，布鲁克海文国家实验室Mingyuan Ge作为一种有希望的设计原则来提供更高的理论容量，为理解Zn/β-MnO₂的溶解-沉积机理提供了基础。

文章要点

1）研究人员利用一种多模式同步加速器表征方法，包括三种操纵面X射线技术(粉末衍射、吸收光谱和荧光显微镜)与元素分辨同步X射线纳米层析成像相结合。它们共同提供了结构演变、反应化学和3D形态变化之间的直接关联。操纵面同步X射线衍射和光谱分析显示了晶体到非晶态的相变。

2）利用X射线衍射的Rietveld精修和X射线吸收光谱的多变量曲线分辨率(MCR)对操纵面数据进行了定量建模，以互补的方式跟踪循环时长程(晶相)和短程(包括非晶相)有序的结构和化学转变。

3）扫描X射线显微镜和全场纳米层析成像显示了电极在不同电化学状态下的形貌，并具有元素敏感性，从而在空间上解决了含锌和含锰相的形成。

总而言之，这项工作关键地表明，对于锌锰水电池，循环时形成锌锰络合物的反应路径变得不依赖于初始电极的晶型，并揭示了电化学驱动相变的结构、化学和形态演变之间的相互作用。

参考文献

Varun R Kankanallu, et al, Elucidating a dissolution-deposition reaction mechanism  by multimodal synchrotron X-ray characterization in aqueous Zn/MnO₂ batteries, Energy Environ. Sci., 2023

DOI: 10.1039/D2EE03731A

https://doi.org/10.1039/D2EE03731A