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近日，博彩App 杜菲、张冬、姜珩教授团队在国际期刊《Advanced Materials》上发表题为“Reconstruction of the electric double layer for long-lasting aqueous manganese metal batteries”的研究论文。本研究展示了一种基于高HOMO和高LUMO添加剂的长效双电层调控思路，有效稳定界面化学环境并抑制析氢反应。该方法实现了高达93%的创纪录库仑效率，全电池可稳定循环600次，为稳定锰金属负极、推动水系锰金属电池走向实际应用提供了新的见解。

图1. 高LUMO电解质添加剂用于稳定金属锰负极的作用机理

常规水系电解液中锰金属负极表面的双电层中吸附大量的水分子，循环过程中水分子会优先参与界面反应，这是析氢反应难以控制的根本原因。本研究采用高LUMO添加剂10-DTAB，促进锰负极表面双电层重构，降低双电层中的水分子含量，大幅提升了锰负极的循环可逆性。

图2. 锰负极表面双电层结构的重构

通过能级计算，吸附能计算，动力学模拟，以及Zeta电位测试，双电层容量测试，SECM测试，共同验证了锰负极表面的双电层结构从富水到贫水的转变。

图3. 循环过程中双电层结构稳定性探究

紫外吸收测试，原位拉曼测试，电极表面XPS和TOF-SIMS测试结果显示，具有高LUMO能级的10-DTAB在循环过程中会持续吸附在锰负极表面，不参与界面反应，从而使锰负极循环过程中始终保持贫水的环境，有效抑制循环过程中副反应的发生。

图4. 锰金属全电池及软包电池性能

以V₂O₅为正极组装全电池，在0.5 A g^-1经过600次循环后容量仍维持在200 mAh g^-1。同时，一款容量100 mAh、面积10×10 cm²的软包电池可持续驱动电风扇工作1小时，凸显其在实际场景中的应用潜力。

博彩App 为第一完成单位，候志超博士为第一作者，姜珩教授、张冬教授、杜菲教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金等项目资助。

全文链接：

//doi.org/10.1002/adma.75431

编校|张冬

排版|于跃

审核|姚明光、侯博宇、杨景