可充電水系鋅錳電池結合了最古老的電池化學之一，具有良好的可持續性特征，包括安全性、成本和環境兼容性。然而，模糊的電荷存儲機制給發揮這種能源技術的巨大潛力帶來了挑戰。

近日，我校袁一斐教授、何坤副教授和美國阿貢實驗室、伊利諾伊大學和牛津大學等研究團隊合作，在國際頂級期刊《Nature Sustainability》發表題為“Understanding intercalation chemistry for sustainable aqueous zinc-manganese dioxide batteries”（二次水系Zn-MnO2電池載流子嵌入機制的研究）的論文。本工作利用先進的球差校正電子顯微鏡、電化學分析表征和理論計算，研究了陰極材料（更具體地說是隧道結構α-MnO₂）內的載流子插層化學。該研究結果表明，在水系二次Zn//ZnSO₄//MnO₂電池體系中， Zn²⁺插入隧道結構α-MnO₂晶格的可能性極低，但可逆H⁺插入過程占主導地位；單個MnO₂納米線內由于H⁺吸收而引起結構不均勻性，即表面區域的隧道嚴重扭曲，且具有高度的各向異性膨脹的趨勢。理論模擬支持了實驗觀察，并提供了更深入的質子存儲動力學機制的見解，進一步推進了對該電池系統的基本理解，為優化質子插層動力學以更好地進行電池設計提供了理論指導。Nature Sustainability期刊同期刊發了美國陸軍研究實驗室許康和美國馬里蘭大學王春生教授的新聞評述觀點，評價這項工作是“為理解此水系電池體系的工作機制和實現儲能性能的升級之路清除了一個主要障礙”。

溫州大學為本工作的第一完成單位，溫州大學何坤副教授為通訊作者，溫州大學王舜教授、金輝樂教授、研究生李成航參與此項工作。相關工作受到國家自然科學基金（52002287）等項目的資助。