文章信息：
基于沉积/溶解反应的水系Mn基电池发展机遇
第一作者：王明明
通讯作者：陈维，崔屹
单位：中国科学技术大学，斯坦福大学

　　随着石油等不可再生能源的过度消耗，太阳能、风能等可再生能源的合理开发利用显得越来越重要。然而，各种可再生能源受到地理环境因素的制约，存在着严重的随机性和间歇性。因此，实现能源的优化管理和大规模存储显得尤为重要。
　　二次电池一般被认为是大型储能技术的强劲竞争对手，但目前占据商业主流的锂离子电池由于其安全性低、成本相对较高，在大规模储能领域具有较大的局限性。相反，水性电池因其成本低、安全性高、环境友好、循环寿命长而被认为是最有潜力的大型储能技术之一。但目前市面上商业化的水性电池，如镍氢电池、铅酸电池等，存在能量密度低、循环寿命短等缺点，无法满足大规模储能技术的应用要求。因此，开发低成本、高安全性、高能量密度、长寿命的水系电池迫在眉睫。
　　以二氧化锰为代表的锰基复合正极被认为是最有前途的水基电池材料之一。然而，在碱性和中性电解液中，MnO2正极存在循环寿命不理想、容量低等问题。因此，进一步开发MnO2正极具有重要意义。
　　近期，中国科学技术大学陈维教授团队和斯坦福大学崔屹教授，阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef教授，阿德莱德大学乔世璋、晁栋梁教授课题组合作，在国际期刊Advanced Energy Materials上发表了题为“Opportunities of Aqueous Manganese‐Based Batteries with Deposition and Stripping Chemistry”的文章。
　　本文首先回顾了不同储能机理的锰基电池的发展历史，重点分析了新兴的Mn2+/MnO2沉积/溶解的电化学储能机理。
　　在此基础上，综述了基于Mn2+/MnO2沉积/溶解化学的水系锰基电池的最新研究进展，分析了Mn2+/MnO2沉积/溶解的转化机理。
最后，分析了锰基电池大规模储能应用的潜力，深入探讨了Mn2+/MnO2沉积/溶解锰基电池的发展机遇和未来发展方向。

图1. 水系Mn基电池用于大规模储能在成本、安全性、循环寿命和能量密度方面的优势，并与不同种类的电池进行对比。

图2.水系Mn基电池的各种电化学储能机理。

图3.基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系Mn基电池的发展情况。

图4.基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系Mn基电池的机理以及电化学性能。

图5.基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系液流MnO2-Zn电池。

图6.Mn2+/MnO2沉积/溶解反应机理的相关表征与理论计算。

图7.基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系Mn基电池的大规模应用。

图8.基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系Mn基电池的发展机遇与未来展望。
　　本文回顾了水系锰基电池的发展历史，总结了碱性和中性水系锰电池面临的相关问题，提出在酸性电解液中Mn2+/MnO2沉积/溶解反应具备的解决上述问题的特点。并总结了基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的一系列研究工作。尽管基于Mn2+/MnO2沉积/溶解反应的水系Mn基电池具有优异的电化学性能，但Mn2+/MnO2沉积/溶解反应仍存在一些问题需要进一步探索和解决。最后，深入探讨了水系锰基电池在未来大型储能领域的应用前景和发展机遇，预测了锰基电池将成为未来能源应用领域的有力竞争对手。
通讯作者介绍：
　　陈维，中国科学技术大学化学与材料科学学院应用化学系特任教授，博士生导师，国家人才项目计划入选者。2008年于北京科技大学获得材料物理学士学位；2013年于阿卜杜拉国王科技大学获得材料科学与工程博士学位，导师是Husam Alshareef教授；其后于斯坦福大学从事博士后研究工作，导师是崔屹教授；2019年7月入职于中国科学技术大学。
陈维教授专注于大规模储能电池，电催化等研究，在上述领域取得了一系列科研成果。以第一作者和通讯作者身份在Nature Energy, PNAS, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Energy Materials等国际期刊发表了论文20余篇，参与发表了SCI科研论文50余篇，论文总被引6000余次，H因子达38。
崔屹，美国斯坦福大学，材料科学与工程系终身教授。
　　崔屹课教授题组已经在 Science、Nature 等期刊发表500多篇论文，申请了 50 多项专利，论文被引达200000余次，H-index达207。目前担任了Nano Letter的执行主编，以及Battery 500联盟共　　同主任，美国湾区光伏联盟共同主任，斯坦福大学Precourt能源中心主任。
崔屹教授目前已经领导创立了4家创业公司，分别为：
致力于发展高能量密度锂离子电池的Amprius
致力于发展纳米纤维空气净化和抗病毒织物如口罩等的4C Air
致力于发展大规模储能技术的EnerVenue
以及致力于发展水净化和智能织物等新科技d额EEnotech
文章来源：科学材料站