水系锌锰电池（ZMBs）凭借低成本、本征安全性和环境兼容性，被视为电网级储能领域最具前景的候选技术之一。然而，传统离子嵌入型锌锰电池（IZMBs）受限于单电子转移过程，理论比容量仅约308 mAh g^-1，且长期的离子嵌入/脱出易引发正极晶格应力积累和结构疲劳坍塌，循环稳定性难以满足实际应用需求。与传统嵌入机制不同，电解锌锰电池（EZMBs）基于两电子Mn²⁺/MnO₂沉积-溶解反应（MnO₂ + 4H⁺ + 2e^–⇌ Mn²⁺ + 2H₂O），其氧化还原电位高达1.224 V（vs. SHE），与金属锌负极耦合后，可实现约1.99 V的高放电电压和616 mAh g^–1的优异理论比容量。该机制通过“动态重构”模式摆脱了对特定晶体宿主的依赖，从根本上规避了反复离子嵌入/脱出导致的晶格畸变和结构坍塌问题。近日，中国科学院苏州纳米所张其冲研究员与南京大学姚亚刚教授合作，系统梳理并总结了EZMBs的核心挑战、研究进展及未来展望。

本综述系统总结了EZMBs的三大核心挑战。在正极侧，Mn³⁺中间体的歧化反应（2Mn³⁺ + 2H₂O → Mn²⁺ + MnO₂ + 4H⁺）会自发产生电化学惰性的“死MnO₂”，同时MnO₂固有的低电导率和Jahn-Teller效应引发的晶格畸变，共同导致沉积/溶解过程不可逆、活性物质持续损失。在负极侧，高酸性环境加剧了锌金属界面的析氢反应、自腐蚀、副产物钝化（如Zn₄SO₄(OH)₆·xH₂O）以及枝晶生长，这些副反应相互耦合形成自放大退化反馈回路。在电解质层面，溶剂水约1.23 V的窄电化学窗口直接限制了电池的工作电压上限和能量密度提升空间。

针对上述挑战，本综述系统梳理了EZMBs的重要研究进展。正极方面，氧化还原介体（如I^–/I₃^–、Fe²⁺/Fe³⁺、1,4-BQ/HQ）可通过辅助电子转移路径化学活化“死MnO₂”，将其转化为可溶性Mn²⁺；晶相调控策略通过温度诱导或表面活性剂软模板引导MnO₂向高电导率的γ相或δ相转变；功能添加剂则通过调控界面微环境和离子传输路径提升反应可逆性。负极保护方面，从单元素合金化（如Zn-Al、Zn-Pb）到多金属氧化物界面（如In-CuZn₅/SnO₂），再到基于植酸衍生的动态自适应界面层，保护策略逐步从静态屏障向智能响应演进。电解质工程方面，质子活性调控（如质子捕获剂策略）、溶剂化结构工程（如异喹啉添加剂重构Zn²⁺溶剂化壳层）以及两亲性水凝胶电解质（将电化学窗口拓宽至约3.0 V），为兼顾正极动力学需求与负极界面稳定性提供了多维度解决方案。

本综述进一步指出，单一维度的优化已难以应对EZMBs复杂的系统性失效机制，未来需构建正极-负极-电解质协同设计框架，发展具有空间pH调控能力的智能电解质体系、多功能一体化电极结构，并借助人工智能辅助的多尺度理论计算加速材料筛选与机理认知。在器件层面，无正极/无负极的“双无”构型和贫电解质技术有望显著提升整体能量密度，而统一的测试评价标准则对推动实验室成果向产业化转化至关重要。

图1. 电解型锌锰电池的优势

图2. 电解型锌锰电池的发展历程

图3. 嵌入型和电解型锌锰电池的储能机制

图4. 电解型锌锰电池的研究进展

图5. 电解型锌锰电池的未来展望

该综述文章以 Emerging Conversion Chemistry for High-Energy Electrolytic Zinc–Manganese Batteries: Beyond Intercalation为题发表在国际期刊Chemical Reviews（请点击“阅读原文”查看论文）。中国科学院苏州纳米所联合培养博士研究生邵智鹏，硕士研究生孟宇/谢玉成为论文共同第一作者，姚亚刚教授和张其冲研究员为论文的通讯作者。本研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划和中国科学院“率先行动”引才计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6c00438