碱性Zn||MnO₂电池因其材料丰富、成本低廉和安全性高，在电网储能领域具有巨大潜力。然而，由于锌负极上的析氢反应（HER）和MnO₂正极的不可逆相变，其循环稳定性较差，限制了其大规模应用。
在此，加州大学圣地亚哥分校陈政、加州大学圣地亚哥分校/中国科学技术大学蔡国瑞等人开发了一种碱性盐浓缩水凝胶电解质（ASC-GPEs），结合了高浓度电解质和水凝胶电解质的优势。该电解质具有370 mS cm⁻¹的高离子电导率，能选择性阻断Zn²⁺迁移，防止MnO₂相变，并通过将盐配位水紧密结合并限制在水凝胶基质中，减少副反应。
因此，质量负载高达82 mg cm⁻²的Zn||MnO₂电池在1200次循环后容量损失极低。此外，研究还实现了100%放电深度（DoD）的可逆循环，使电池能量密度提升五倍。
图1. 机制示意图
总之，该工作选用基于聚丙烯酸（PAA）的碱性水凝胶电解质作为代表性凝胶聚合物电解质（GPE），探究了凝胶结构和碱性条件对Zn||MnO₂可充电电池循环性能和析氢反应（HER）活性的影响。通过结合高浓度电解质（HCEs）和GPEs的优势，以及盐配位水与凝胶聚合物骨架之间的强相互作用，有效减少了水分子的数量和迁移性，从而抑制了HER。在传统浅放电深度（约20%）条件下，电池容量保持率显著提升至1200次循环（是传统循环寿命的六倍）。
系统地实验和计算结果表明，容量快速衰减源于Zn²⁺迁移和正极不可逆相生成导致的电压滞后加剧。本研究的盐浓缩GPEs成功解决了这些问题，即使在完全放电深度循环和高质量负载条件下也能实现优异性能。
图2. 电池性能
Full Depth-of-Discharge Cycling in Zn||MnO2 Batteries Enabled by Alkaline Salt-Concentrated Hydrogel Electrolyte, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202508361
蔡国瑞，中科院人才项目入选者，安徽省海外引才计划入选者，独立课题组组长(PI)。现为微尺度物质科学国家研究中心特任研究员，博士生导师。长期从事高能量密度锂电池研究，提出了亚纳米多孔材料毛细凝结气体为电解液的策略，开发了一系列具有宽温域工作能力的电解液体系，提高了锂电池在极端温度下的能量发挥。以第一/通讯作者在PNAS，Nat. Commun.，Chem，Angew. Chem.，Natl. Sci. Rev.，Nano Lett.，ACS Cent. Sci., Adv. Funct. Mater., Chem. Rev.等材料化学类旗舰期刊上发表论文16篇。
陈政，加州大学圣地亚哥分校教授，2007年本科毕业于天津大学，博士师从加州大学洛杉矶分校卢云峰教授，随后在斯坦福大学从事博士后研究工作（导师：鲍哲南院士和崔屹院士）；2016年加入加州大学圣地亚哥分校。长期从事储能与催化材料的研究和开发，超低温电池，锂离子电池回收以及电池安全设计。