水系可充錳離子電池因錳元素儲量豐富、價格低廉以及無毒等優點，受到科研人員的關注。目前水系錳離子電池的研究仍面臨一系列亟需解決的難題，例如水系電解液有限的電壓窗口以及缺乏高性能、循環穩定的負極活性物質等問題。上述問題嚴重限制了該體系的進一步研究與發展。因此，開發具有高結構穩定性與優異電化學性能的負極活性物質、構建寬電壓窗口的新型電解液體系，是推動水系錳離子電池研究的有效解決方案。
針對當前水系錳離子電池發展所面臨的諸多難題，南京大學金鐘教授團隊及顏亦超助理教授團隊提出了一種由六氰基鐵酸鎳(NiHCF)正極、3,4,9,10-苝四羧酸二亞胺(PTCDI)負極以及由Mn(ClO4)2·6H2O與乙酰胺混合制備的水合共晶電解液構成的新型錳離子全電池體系。通過調控錳鹽與乙酰胺的摩爾比，該電解液能實現穩定的Mn2+溶劑化結構，在保持高離子電導率和低粘度的同時，實現寬電壓窗口并有效抑制析氫反應與電極活性材料的溶解，從而顯著提升電池的整體電化學性能。通過光譜分析與分子動力學模擬，研究團隊揭示了該電解液體系中溶劑化結構與氫鍵網絡的演化機制，證明了乙酰胺的引入有效破壞了水分子間的氫鍵作用，降低了水的活度，并且隨著乙酰胺含量的增加，Mn2+溶劑化殼層中水分子逐步被乙酰胺分子替代，從而進一步強化了電解液的穩定性。電極的光譜分析表明，PTCDI 負極通過可逆的烯醇化氧化還原反應實現對 Mn2+的高效存儲，展現出良好的電化學穩定性與可逆性，驗證了其在水系錳離子電池中作為負極材料的可行性。研究團隊構建的NiHCF||PTCDI全電池展現出1.2 V的電壓平臺，出色的倍率性能(最高至5.0 A g-1)和長循環壽命(1.0 A g-1電流密度下1200次循環后容量保持率達95.6%)。本研究為構建環境友好、長循環壽命、低成本的水系錳離子電池提供了可行策略與研究思路。該研究以題為“Environmentally Benign and Long Cycling Mn-Ion Full Batteries Enabled by Hydrated Eutectic Electrolytes and Polycarbonyl Conjugated Organic Anodes”發表在Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.5c01639，第一作者為團隊成員戴滕飛。
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