近日，吉林大学物理学院光学专业汪胜晗研究员、孙成林教授团队在水系锌电池Zn||MnO₂反应机理研究方面取得新进展。研究成果以“To Make a Painstaking Investigation: Revealing the Electrochemical Reactions in Aqueous Zn-Mn Batteries”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

水系锌离子电池因其在可再生大规模能源储存中的潜力，被视为最具吸引力的候选技术之一。然而，尽管Zn||MnO₂电池的电化学性能近年来取得了显著进展，其在弱酸性水系电解液中的储能机制仍存在争议。尽管原子级电子显微镜的观测为H⁺嵌入/脱嵌反应提供了证据，但仍有许多现象难以解释，这需要进一步的研究来揭示弱酸性Zn||MnO₂电池的真实机制。

本文基于Zn||MnO₂的电池系统，并通过分离变量巧妙地调节了电池内各部分的成分变化。排除了Zn²⁺/H⁺嵌入的可能性，并有力地证明了溶解/沉积机制的主导地位。这项研究指出，有争议的双放电平台的化学反应皆为溶解反应，分别由质子和锌离子主导。放电平台I是由电解质中过剩的H⁺主导的MnO₂溶解，而放电平台II则是当质子浓度降低到产生Zn(OH)₂时，Zn²⁺水解释放质子而产生的平稳放电平台。这项工作使人们更好地理解了Zn||MnO₂的溶解/沉积机制，为锰基水系电池的实际应用铺平了道路，也为研究电化学反应机理提供了一种全新的实验方法。

该论文第一作者为物理学院2022级硕士研究生郭东旭与物理学院2022级硕士研究生孙杰，通讯作者为吉林大学物理学院汪胜晗研究员和孙成林教授。该工作得到了国家自然基金和吉林省科技厅项目基金的大力支持。

论文全文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202505102