水系锌锰电池（AZMBs）是安全电网规模储能系统有前景的候选者，但是水系电解质中难以捉摸的离子行为仍是突破AZMBs实用性的挑战。然而，研究人员提出的电解质策略大多忽视了质子传导的突出作用，这极大影响了AZMBs的运行稳定性。
在此，中南大学方国赵团队报道了一种基于蒙脱石中间层和强水合Pr3+添加剂的贫水准固态电解质。研究显示，Pr3+添加剂不仅主导质子传导动力学，还可有效调节锰界面可逆沉积。
基于此，Cu@Zn||α-MnO2电池在0.4 mA cm-2下可实现433 mAh g-1的高比容量。此外，该贫水准固态电解质在0.8 mA cm-2的电流密度下首次实现了高达800次循环的出色稳定性，容量保持率为92.2%。质量负载为15.19 mg cm–2的Ah级软包电池在初始活化后可维持100个循环。
图1.质子输运机制
总之，该工作提出了一种贫水准固态电解质，以提高水系锌锰电池的循环稳定性和比容量。研究显示，与Zn2+或Mn2+相比，Pr3+具有很强的溶剂化效应，可以促进水分子之间更短的氢键和更频繁的质子跳跃。此外，具有富水溶剂化结构的层间水合Pr3+为该种贫水电解质中的质子传导提供了稳定的路径。Pr3+共沉积的氧化锰表现出多孔形态，具有高比表面积和界面双电层，促进了界面反应动力学和可逆性。
基于此，所开发的准固态电解质首次在贫水环境中实现了水系锌锰电池优异的电化学性能。因此，该工作为促进准固态AZMBs的可持续性和实用性提供了新策略。
图2. 准固态电解质的电化学性能
Effective Proton Conduction in Quasi‐Solid Zinc‐Manganese Batteries via Constructing Highly Connected Transfer Pathways, Angewandte Chemie International Edition2024 DOI: 10.1002/anie.202417049