一、行业背景：潜力与痛点并存的水系Zn//MnO₂电池 在大规模储能领域，可充电水系Zn//MnO₂电池凭借两大核心优势成为研究热点： - 高安全性：采用水系电解液，彻底规避有机电解液的燃爆风险，适配家庭储能、电网储能等对安全要求高的场景； - 高成本效益：Zn（锌）和MnO₂（二氧化锰）原料储量丰富、价格低廉，无需依赖稀有金属，具备规模化量产基础。 但它的商业化进程被一个关键问题卡住——Zn负极稳定性不足。在酸性电解液中，Zn负极会同时发生“酸性腐蚀”和“析氢反应（HER）”：前者消耗电极材料，后者产生的氢气会堵塞电极孔隙，双重作用下电池寿命大幅缩短，成为制约其落地的核心瓶颈。 二、核心方案：微量M4的“双重保护”破解负极难题 针对上述痛点，清华大学深圳国际研究生院周光敏团队提出了一种“简单却高效”的解决方案——在电解液中引入微量对羟基苯甲醛（代号M4） ，仅通过分子级调控就实现了Zn负极的稳定保护。 对羟基苯甲醛的作用并非单一机制，而是通过“双重协同”解决问题，其核心逻辑源于对Zn²⁺和H₂O的强亲和力： 1. 第一层保护：重构Zn²⁺溶剂化鞘 对羟基苯甲醛分子会取代[Zn(H₂O)₆]²⁺（锌离子水合结构）中的一个水分子，形成新的溶剂化结构。这一重构减少了自由水分子与Zn负极的接触，从源头降低了酸性腐蚀和析氢反应的发生概率； 2. 第二层保护：吸附形成界面屏障 对羟基苯甲醛分子会主动吸附在Zn负极表面，形成一层致密的“保护膜”。这层膜能直接阻隔H⁺（氢离子）与Zn的直接反应，同时改变电解液的氢键网络、降低水分子活性，进一步强化界面稳定性。 三、机制解析：M4如何从分子层面优化电池环境？ 团队通过理论计算与实验验证，明确了M4提升电池性能的分子机制，核心可总结为两点： - 结合能调控：数据显示，Zn²⁺与M4的结合能、H₂O与M4的结合能，均强于传统溶剂化结构中的相互作用，这让M4能稳定“占据”溶剂化鞘和电极界面，挤压有害反应的发生空间； - 氢键网络优化：M4的加入改变了电解液中水分子的氢键网络，减少“自由水分子”数量——这类水分子正是酸性腐蚀和析氢反应的“帮凶”，其活性降低后，电解液整体稳定性显著提升。 四、实验数据：四大图组验证性能跨越式提升 团队通过四组核心实验（对应图1-图4），从“电解液特性→负极保护→电化学稳定性→电池性能”全链条验证了M4的效果，关键数据如下：

图1：电解液特性表征——证明M4的分子级调控作用 该图组聚焦“M4如何改变电解液环境”，核心结论包括： - (a) 清晰展示电池储能机制、副反应（腐蚀/HER）及M4优化策略，直观呈现解决方案； - (c) 对比添加M4前后的Zn²⁺溶剂化结构，证实M4成功取代水分子、重构溶剂化鞘； - (d)(e)(f) 通过红外、核磁等表征，验证M4改变了电解液氢键网络，降低了自由水分子活性。

图2：Zn负极保护评估——阻断腐蚀与析氢 该图组直接测试M4对Zn负极的保护效果，关键结果有： - (a) 浸泡实验显示，添加M4的Zn箔质量保持率更高、电解液pH值更稳定，证明腐蚀被抑制； - (g) 原位光学显微镜观察到，M4组氢气气泡显著减少，析氢反应被有效阻断； - (d)(f) Tafel曲线、LSV曲线证实，M4降低了腐蚀反应和HER的动力学速率。

图3：Zn负极电化学稳定性——实现长寿命循环 该图组聚焦Zn负极的循环可逆性，核心数据包括： - (h)(i) Zn对称电池在M4电解液中，循环稳定性超2000小时（5 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²），寿命是传统电解液的5倍； - (e) Zn//Cu电池库仑效率稳定，证明Zn沉积/剥离过程可逆性大幅提升； - (b)(c)(d) 循环后Zn负极的SEM、CLSM图像显示，M4组电极表面更平整，无明显腐蚀痕迹。

图4：Zn//MnO₂电池性能——从扣式到软包的突破 该图组验证了M4对完整电池的性能提升，亮点如下： - (e) Zn//MnO₂扣式电池在M4电解液中，稳定循环超3000次，平均库仑效率达97.3%； - (g) 容量1.68 Ah的Zn//MnO₂软包电池（尺寸12.2×15 cm²），在0.1 Ag⁻¹下稳定运行超100次，验证实际应用潜力； - (h) 性能对比显示，该成果远超此前报道的水系Zn//MnO₂电池水平。 五、研究意义与结论：为水系储能开辟新路径 本研究的核心价值，在于提供了一种“简单、低成本、可规模化”的水系电池优化策略——无需复杂的电极结构设计，仅通过微量分子添加剂（M4），就能从分子层面解决Zn负极的根本问题。 其关键结论可总结为三点： 1. 对羟基苯甲醛（M4）通过“重构溶剂化鞘+界面吸附”双重机制，同时抑制了Zn负极的酸性腐蚀和析氢反应； 2. 该策略实现了电池性能的跨越式提升：对称电池循环超2000小时，Zn//MnO₂电池循环超3000次； 3. 软包电池的稳定表现，证明该方案具备实际应用潜力，为大规模水系储能系统的开发提供了新方向。 永津集团愿景：对羟基苯甲醛助力下一代储能发展 永津集团认为，对羟基苯甲醛在 Zn//MnO₂电池中的成功应用，不仅是储能领域的一项突破，更是精细化工材料与新能源跨领域融合的典范。未来，永津集团将从两个关键方向推进对羟基苯甲醛的创新应用： 其一，优化对羟基苯甲醛生产工艺以降低成本，同时开发高纯度、低杂质的 “储能级” 产品，满足新能源技术的需求；其二，加强与科研机构及电池企业的合作，探索对羟基苯甲醛在其他水系电池（如 Zn//V₂O₅电池、Zn// 普鲁士蓝类似物电池）中的应用，助力更多储能技术突破性能瓶颈。 作为对羟基苯甲醛领域的专业生产企业，永津集团将以技术创新和高品质产品为支撑，推动行业高质量发展，为储能、医药、化工等领域的进步注入动力。 论文信息来源：Liu, Y., Liu, Z., Xiao, Z., Lao, Z., Liu, J., Xiao, X., Fu, Q., Zheng, F., & Zhou, G. (2025). Suppressing spontaneous acidic corrosion and hydrogen evolution for stable Zn//MnO₂ batteries. Angewandte Chemie International Edition.