Angew：單鹵化物電解質(zhì)用于高性能錳金屬電池！

可充電錳電池因其豐富的資源、高容量和低工作電位而成為一種極具前景的可持續(xù)能源存儲(chǔ)技術(shù)。關(guān)鍵在于開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)可逆錳沉積/剝離的先進(jìn)錳基電解質(zhì)。

在此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所王剛、陳亮，寧波工程學(xué)院Chen Fang等人報(bào)道了基于低成本單鹵化物（MnBr? 或 MnCl?）的新型錳電解質(zhì)，相較于基準(zhǔn)混合體系（MnCl?-AlCl?-Mn(TFSI)?；TFSI = 雙三氟甲磺酰亞胺），該電解質(zhì)可用于高性能錳金屬電池。在優(yōu)化的溶劑體系中，例如，在磷酸三乙酯的輔助下，MnBr? 解離為多種溶劑化的 [MnBr_x]^(2-x)+ (0 ≤ x ≤ 4) 離子。

由于 Br? 的不可還原性，錳負(fù)極上不形成鈍化層。MnBr? 電解質(zhì)在實(shí)際面積容量為 1-50 mAh cm?2 的條件下，展現(xiàn)出優(yōu)異的錳沉積/剝離穩(wěn)定性（>1300 h）和接近 100% 的庫倫效率。在 0.5 mA cm?2 電流密度下，過電位可低至 <200 mV。

當(dāng)將錳金屬負(fù)極與不同正極（如有機(jī) Mn2? 宿主、活性炭甚至 Br?/Br? 轉(zhuǎn)化正極）配對時(shí)，所構(gòu)建的高性能錳金屬電池表現(xiàn)出長循環(huán)壽命（>2000 次）和高工作電壓（1.6 V）。該工作為先進(jìn)錳金屬電池提供了一種全新的電解質(zhì)設(shè)計(jì)理念，并可輕松擴(kuò)展到其他多價(jià)金屬電池。

圖1. 機(jī)制研究

總之，該工作展示了一種用于錳金屬電池的新型且經(jīng)濟(jì)的單鹵化物電解質(zhì)。受益于磷酸三乙酯的強(qiáng)配位能力，晶格能較低的 MnBr? 解離為多種溶劑/Br? 配位的 Mn2? 溶劑化離子，并展現(xiàn)出優(yōu)異的錳沉積/剝離性能。

在 1-50 mAh cm?2 的面積容量下，可以輕松實(shí)現(xiàn)長循環(huán)穩(wěn)定性（>1300 h）和接近 100% 的庫倫效率。同時(shí)，過電位控制在較低水平（0.5 mA cm?2 下 <200 mV；10 mA cm?2 下 <600 mV）。

此外，研究了錳負(fù)極的氧化物界面與錳沉積/剝離過電位的關(guān)系及其演變過程。隨后，基于 n 型有機(jī)正極 BBL 和活性炭正極構(gòu)建了不同的錳金屬器件。

BBL@CNTs/Mn 電池提供了超過 75–128 mAh g?1 的比容量和長循環(huán)壽命（>2000 次），而 AC/Mn 電池在激活的 Br?/Br? 氧化還原對作用下，表現(xiàn)出超過 1.2 mAh cm?2 的高面積容量和 1.64 V 的高放電平臺(tái)。因此，該工作簡化了先進(jìn)錳金屬電池的電解質(zhì)設(shè)計(jì)，并可啟發(fā)其他多價(jià)金屬電池的電解質(zhì)創(chuàng)新。

圖2. 電池性能

Single Halide Electrolytes for High‐Performance Mn Metal Batteries,Angewandte Chemie International Edition2025 DOI: 10.1002/anie.202525344

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