香港科技大学「国家高层次青年人才」黄加强最新Nature子刊丨FBG解码Zn||MnO₂电池电化学-力学耦合机制！

水系可充电Zn||MnO₂电池因其资源丰富和安全性高等优势，被视为大规模储能的重要候选，但其反应机制长期存在争议，且电化学反应伴随的体积变化与结构演化引发的内部应力/应变机制尚不明确。该研究利用光纤布拉格光栅（FBG）传感器植入软包电池内部，实现了对电化学-力学耦合行为的原位实时监测。研究系统比较了ZnSO₄、Zn(OTf)₂和ZnSO₄+MnSO₄三种典型电解质体系，揭示了质子插层和Mn溶解/沉积机制是主要的电化学反应过程，并证实碱性锌盐（ZHS/ZHT）的形成与分解是应力演变的主导因素。研究发现，放电过程中非单调的应力变化对应Zn补偿反应，而早期循环的应力幅度与长期循环容量保持率呈负相关，表明应力监测可作为电池性能衰减的预警指标。此外，日历老化期间应力变化与自放电程度相关，阐明了开路静置过程中副产物形成导致的应力松弛机制。该工作为理解水系Zn||MnO₂电池的电化学-力学-性能关联提供了新视角，并为电解质筛选和电池设计提供了额外工具。