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　　近日，电子科技大学材料与能源学院孙威教授团队在国际高水平期刊Advanced Materials上发表了题为“Strategically Modulating Proton Activity and Electric Double Layer Adsorption for Innovative All-Vanadium Aqueous Mn2+/Proton Hybrid Batteries”的研究性论文，报道了一种新型全钒水系锰/质子混合电池设计策略。材料与能源学院青年教师李明为该论文第一作者，武汉理工大学麦立强教授以及王选朋副教授为共同通讯作者，电子科技大学材料与能源学院为该论文第一完成单位。论文作者还包括材料与能源学院研究生李骢（共同第一作者）、2022级本科生李琛等。该工作得到国家自然科学基金委、四川省科技计划项目、电子科技大学分析测试中心的支持。

　　水系电池因成本效益、安全性和环保性受关注。可充电多价金属离子电池因其高容量和可逆性具竞争力。锰离子氧化物被广泛研究，但Mn⟡⁺作为储能载体长期被忽视。Mn⟡⁺的高理论容量和稳定性使水系锰离子电池前景优异。然而，Mn⟡⁺的高离子电势导致质子活性高，引发析氢反应，影响电化学性能。现有研究未解决锰金属阳极循环稳定性问题，开发稳定负极材料仍是挑战。同时，锰离子半径大、静电排斥及酸性环境对电极材料稳定性提出更高要求，调控质子活性与稳定存储是一大挑战。

　　鉴于此，该工作首次展示了隧道型VO2可以作为可逆的Mn2+/质子（去）嵌入电极材料，并通过一系列原位XRD/FTIR/Raman和非原位SEM/XPS、TOF-SIMS及SPEIS表征技术揭示了其能量存储机制。此外，原位pH测试揭示了电极/电解质界面处质子积累失控引发的容量衰减机制，从而导致钒的溶解。通过电解液优化策略调控质子活性：作为概念验证，引入具有高介电常数和吸附性的典型极性乙二醇（EG）作为电解质添加剂，能够显著增强调控质子活性并提升质子存储的稳定性。所制备的VO2在电化学性能上，特别是在循环寿命和低温抗性方面，展现出显著提升。一系列先进的原位/非原位表征技术，结合分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算，证明了通过操纵电极/电解质界面的双电层（EDL）结构和质子迁移/水分子活性，可以有效增强VO2电极的循环稳定性。最后，首次组装并验证了全钒对称全电池的概念，使用完全放电状态的VO2作为负极，充电状态的VO2作为正极。电化学性能测试表明，全电池具有优异的倍率性能和循环稳定性（1000圈循环后容量保持率为85.4%），超越了绝大多数摇摆椅式水系全电池。进一步组装了软包电池，该软包电池在50mA（0.4 A g−1）下的比容量超过10mAh（84 mAh g−1），在1000个循环后表现出84.5%的稳定循环性能。

　　论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202407233