水系锌- MnO₂电池由于环保价廉对于大规模储能显示出巨大潜力。之前已经报道了MnO₂中的各种嵌入和转化反应机理，但是不清楚如何同时操作这些机理以改善电荷存储和传输性质。

西北太平洋国家实验室刘俊和Huilin Pan团队报道了具有层状δ-MnO₂正极材料的可充电水系Zn-MnO₂电池中的电荷存储机制，证明其可以被系统地操纵以产生最佳的高倍率电化学性质和长循环寿命。研究者结合详细的晶相、形态演变和δ-MnO₂的电化学动力学研究，揭示了非扩散Zn²⁺嵌入δ-MnO₂和H+转化反应的联合存储机制。这种联合电荷存储反应主要与用于氧化还原反应的电解质介质相关，且随电荷放电速率而变化。在Zn(TFSI)₂基电解质中，非扩散控制的Zn²⁺存储机制主导了δ-MnO₂中的第一步快速电荷存储而没有明显的相变，而扩散控制的H+转化反应主导下面的反应步骤。这种联合电荷存储机制导致Zn-MnO₂水系电池具有优异的高倍率行为且不牺牲大部分能量密度，在20C下显示出136.9 mAh g-1的高可逆容量，在4000次循环后有93％的容量保持率。

Yan Jin, Lianfeng Zou, Lili Liu, Mark H. Engelhard, Rajankumar L. Patel, Zimin Nie, Kee Sung Han, Yuyan Shao, Chongmin Wang, Jia Zhu, Huilin Pan, Jun Liu, Joint Charge Storage for High-Rate Aqueous Zinc–Manganese Dioxide Batteries, Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900567

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201900567