新型水基电解质显著提升锌锰电池稳定性

加拿大滑铁卢大学、美国加州大学与美国陆军研究实验室科学家研发出一种新型水性有机电解质，显著提升了锌锰电池的稳定性，并能延缓其性能衰减，为开发更安全耐用的储能电池开辟了新途径。相关成果发表于新一期《自然·能源》杂志。

不同电解质环境下，二氧化锰沉积形态对比图。图片来源：《自然·能源》杂志

在全球加速推进碳中和的背景下，风能、太阳能等可再生能源迅速发展，配套基础设施投资持续升温。但这些能源具有间歇性与波动性，亟须高效、可靠的储能系统，将丰沛时段产生的多余电能储存起来，在需要时稳定释放。

锌锰电池正是这一领域的潜力选手。它采用水基电解质，取代传统锂电池中易燃的有机溶剂，本质更安全；通过锌的电沉积与溶解实现充放电，具备高电压、大容量的优势，特别适合大规模电网储能应用。

但长期以来，这类电池有一个“硬伤”，其核心化学反应依赖酸性环境驱动，而酸性条件会加剧锌阳极的腐蚀，导致电池寿命大幅缩短，严重制约实际应用。

为破解这一难题，团队设计出一种由水与特定有机化合物组成的新型水性电解质。新型电解质不仅冰点更低，还能重塑水分子在电池内部的行为方式。它能调控二氧化锰沉积过程中阳离子的溶剂化结构与相态，引导形成层次分明、离子传输高效的微观结构，从而显著提升反应可逆性。

更重要的是，该电解质将析氧反应的过电位大幅提升至远高于二氧化锰沉积电位，彻底遏制了充电过程中氧气逸出这一有害副反应。同时，它在阴极界面构建出局部酸碱梯度，优化质子传递与二氧化锰的剥离过程，从根源上改善循环稳定性。

实验表明，使用新电解质后，电池在反复充放电中能高效完成二氧化锰的生成与溶解，锌阳极的腐蚀明显减轻。初步测试显示，电池循环超过5000次仍保持高库仑效率，且无需额外添加强酸。这标志着高能量密度锌锰电池的实用化进程迈出关键一步。

团队计划在更大规格电池单元验证新型电解质性能，并探索其在真实电网环境中的集成应用。这项突破有望启发更多科研团队，为其他化学体系设计高性能水系电解质。