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Revitalizing nanoscale solid-solid conversion enables ultrastable aqueous batteries
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AI
DOI：10.1093/nsr/nwag010.png)
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摘要
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水系锌-锰（Zn-Mn）电池通过沉积-溶解反应驱动，在大规模电网储能方面展现出巨大潜力。然而，其寿命受限于不完全的固-固转换，该转换由形成大尺寸固相产物的不可逆路径驱动——这是一个关键但被忽视的尺寸依赖性挑战。在此，我们在MnO2上构建了一层尺寸再生层（SRL），通过持续的Mn释放和与固相产物的强相互作用来调控界面微环境。SRL调控生长动力学，稳定纳米级产物形成。这种小尺寸固相产物缩短了离子扩散路径并减少浓度极化，使Mn（Ⅱ，l）-Mn（Ⅳ，s）可逆路径得以实现，而非不可逆的Mn（II，l）-Mn（III，s）路径。系统筛选基于其强烈的p-s（M-Zn）轨道相互作用和晶格相容性，确定Bi2O3为最优改性剂，可将固相产物尺寸从>10 μm缩小至纳米级，实现前所未有的稳定性并解决不可逆容量衰减问题。在高质量负载正极（9 mg cm−2）下，纽扣电池在2 C下循环超过1000次，而放大的铁板电池（16 mg cm−2，26.3 mAh）稳定运行110天。这种尺寸控制的固-固转换策略对多种电极材料具有广泛适用性，凸显了其在先进能源存储系统中的广泛应用潜力。
AI总结
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