综述：水系锰离子电池的过去、现在与未来

本综述全面解析了水系锰离子电池（AMIBs）的研究进展，系统评述了其材料与电解质设计的关键挑战与创新策略。作为继锌离子电池后最具潜力的水系储能体系，AMIBs凭借高安全性、资源丰富性和优异电化学性能备受关注。文章首次整合Mn2+化学机制与材料设计原则，为推进该技术从基础研究迈向工业化部署提供路线图。

Progress and potential

作为2021年首次报道的新型水系可充电电池体系，水系锰离子电池（AMIBs）在资源储量（锰元素地壳丰度达0.1%）和理论容量（Mn²⁺/Mn⁴⁺氧化还原对提供308 mAh/g）方面展现出显著优势。其核心挑战在于Mn²⁺溶解-沉积机制的不可逆性，近期研究通过构建三维多孔碳基复合阳极将循环寿命提升至2000次以上。电解质工程方面，采用MnSO₄-ZnSO₄混合电解液可将电化学窗口拓宽至2.5V，突破传统水系电池1.23V的热力学极限。

Summary

阴极材料的不稳定性主要源于Jahn-Teller效应导致的锰氧化物晶格畸变，通过Al³⁺掺杂可将层状MnO₂的容量衰减率降低至每循环0.02%。阳极侧则需抑制枝晶生长，石墨烯包覆策略使锌金属负极的库伦效率达到99.7%。值得注意的是，电解质组分微调（如添加Ce³⁺离子）能同步提升离子电导率（达80 mS/cm）和沉积均匀性。这些突破为AMIBs能量密度突破200 Wh/kg奠定基础，其发展路径与锂离子电池早期阶段呈现惊人相似性。

Graphical abstract

示意图生动呈现了AMIBs的"三明治"结构：改性MnO₂正极与锌合金负极通过双功能隔膜分隔，电解液中悬浮的Mn²⁺离子在充放电过程中发生可逆相变。特别标注了关键创新点——界面缓冲层对副反应的抑制效果，以及原位光谱揭示的[Mn(H₂O)₆]²⁺溶剂化结构动态演变过程。