凭借良好的安全性和环境兼容性，水系电池被视为下一代大规模储能的重要技术路线。其中，水系锰离子电池(AMIBs)因其资源丰富和多价态氧化还原特性，展现出发展前景。然而，其高能化路线仍受到电极材料，尤其是负极材料性能瓶颈的严重制约。
在此，复旦大学晁栋梁团队首次构建了新型S/MnS||MnO2/Mn2+全电池，提出了水系锰离子电池的高能化发展新方案。结合先进表征揭示了Mn2+-S氧化还原反应的固液固转化机制(S8→S42−→MnS2→MnS)，证明了中间多硫化物液相产物导致的电极容量衰减机制。设计PVA隔膜，抑制了多硫化物的溶解穿梭效应并促进了载离子的均匀传输。全电池可以在4 A g−1电流下稳定循环800次。
图1. 半电池ZIFS||AC与全电池S/MnS||MnO2/Mn2+的电化学性能
总之，该工作开发了一种基于Mn2+-S氧化还原电化学的新型低成本、高电压、高容量水系锰离子电池，为水系锰离子电池的高能化技术路线提供了新思路。采用系列原位和非原位表征技术，揭示了Mn2+-S氧化还原的固-液-固转化机制和容量衰减原因，并提供了可靠的解决方案。
此外，该工作首次实现了高能量AMIBs的概念验证，但要实现商业化仍需在多个方面进行优化。例如开发高效的多硫化物锚定催化剂、改进隔膜工程以进一步抑制穿梭效应，以及设计具有更高电压和容量的正极材料。这些改进将显著提升电池的实际应用性能和规模化生产可行性，为下一代高性能水系储能系统开辟新途径。
图2. 机制探究
A Mn2+-S redox electrochemistry for energetic aqueous manganese ion battery, Joule 2025 DOI: 10.1016/j.joule.2025.101930
晁栋梁 教授，复旦大学智能材料与未来能源创新学院，先进材料实验室，国家海外高层次引进人才(国家四青)、上海市曙光学者，担任复旦大学期刊中心副主任、水系电池研究中心执行主任、Materials Today Energy副主编(IF=9.3，Q1，中科院二区)、National Science Review学科编辑等。主要从事水系电化学基础与应用研究，已出版英文专著1部，发表论文150余篇，1/3以上入选ESI高被引论文，引用29000余次，H指数85。主持国家自然科学基金青年/面上/联合重点项目、国家重点研发计划课题等，曾获得EES Lectureship、中国电化学青年奖、上海市科技青年35人引领计划、《麻省理工科技评论》科技创新35人、USERN Prize Laureate、科睿唯安高被引科学家(2020-2024年)、澳大利亚研究理事会优秀青年及研究新星等奖项。