由于其高丰度、大规模生产、无毒和高容量的电极材料，水系Zn-MnO₂电池尤其令人关注。水系Zn-MnO₂电池的正极反应机理可根据环境分为四类，包括:在弱/强碱性环境中质子参与的转化，在中性/弱酸性水性电解质中可逆的Zn²⁺插入/提取，在弱酸性条件下质子与Zn²⁺共沉淀，以及在强酸环境下正极溶解/沉积机理。而作为一种良好的商用电池，在极端气候下工作以及良好的过热和过充电等事件的应对能力至关重要。

有鉴于此，英国华威大学陶善文教授报道了以1 m醋酸锌（Zn(OAc)₂）和40 m醋酸钾（KOAc）与聚丙烯酸（PAA）为原料，在75 °C下制备了一种醋酸基“过饱和凝胶电解质”（OSGE）。OSGE基水系Zn-MnO₂电池在2.0 V过充电工作电压下表现出优异的稳定性（5 C下充放电循环达2000次）和高能量密度（以2.6 mg MnO₂为基础的385.9 Wh·kg^-1）。

文章要点

1）在室温下，OSGE可以进一步将ESW扩展到3.45 V（-1.5~1.95 V vs.Ag/AgCl），比基于醋酸盐的室温饱和凝胶电解质（RTSGE，1 m Zn(OAc)₂+31 m KOAc-PAA）宽0.2 V。同时，在80 °C下可以保持3.3 V（-1.35~1.95 V vs.Ag/AgCl）的ESW。OSGE的宽ESW不仅抑制了室温下Zn枝晶的形成，而且使水系Zn-MnO₂电池在25-80 °C（60 °C下循环300次，容量保持率为90.6%）下具有良好的性能。

2）研究人员阐明了OSGE中Zn负极的反应机理为镀Zn/剥离，而MnO₂正极的反应机理为电容行为和质子参与的电极反应的混合电荷储存机制。此外，OSGE突破了溶解度的限制，扩大了浓盐电解质体系中使用的盐的范围。

这种基于醋酸盐的OSGE使水系Zn-MnO₂电池具有高稳定性和高能量密度的性能，进一步推动了其实际应用。

参考文献

Shigang Chen ,  Pan Sun ,  John Humphreys ,  Peimiao Zou , Mengfei Zhang , Georgina Jeerh , Shanwen T ao , Acetate-based ‘oversaturated gel electrolyte’enabling highly stable aqueous Zn-MnO₂ battery, Energy Storage Materials (2021)

DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.033

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.033