随着新型能源，如太阳能、风能等非持续能源的开发，急需寻找新型储能设备以实现能源的存储和转换。其中，电化学储能技术是应用最广泛的储能方式。锂离子电池技术由于工艺成熟、工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优势，目前得以应用于小型便携式设备和电动汽车。但由于锂资源有限，锂离子电池的安全和环境等问题限制了其发展。水系电池由于其成本低、安全性高、绿色环保等优势逐渐获得了更广泛的关注。

锌金属由于其高的理论容量，低电化学电位和高能量密度，被广泛认为是水系电池的理想阳极。而水系锌离子电池的正极材料主要有锰氧化物、钒氧化物、硫化物、聚合物等。其中，锰氧化物具有储量丰富、成本低、毒性低等优势，是理想的锌离子电池的阴极材料。然而由于锰基氧化物丰富的氧化态，锰有多种氧化态（0，+2，+3，+4，+6，+7）。且对于最常见的Mn(Ⅳ)O₂而言，可分为α-, β-, γ-, δ-, ε-, λ-相、无定型等相态，晶型结构、微观形貌等会影响其反应过程。此外，电化学反应过程通常伴随着化学反应，如歧化，电解液的副反应等，这会导致电极充放电的最终产物不同。更重要的是，在电极反应过程中，可能会发生不可逆的相变过程，导致在不同的循环圈数下，活性物质不同，充放电过程也会发生改变。

近日，天津大学范晓彬教授团队总结了水系锌−锰电池的正极反应行为以及影响因素。本文先阐述了目前已提及到的大多数反应机理，将它们主要分为三类：锌离子参与过程，质子参与过程以及它们共同参与过程。随后对影响机制的几大因素：主要包括电极材料、电解质和工作条件依次论述。再次，针对水系锌−锰电池的目前最突出的问题——容量衰减，综述了常见的三种容量衰减原因和失效机制，包括：活性物质溶解，结构坍塌和低活副产物生成以及相应改性策略。最后，总结并针对锌−锰电池的现状进行展望，并探索未来锌−锰基电池的研究方向。

图1. 水系锌−锰电池的反应过程、失效机理及相关影响因素。

锌−锰基电池最初是由19世纪60年代的碱性一次电池开始，随后出现碱性二次电池，再后来，温和的中性和弱酸性电池的开发，使得锌−锰基电池的安全性和循环寿命得到一个突破性的提升。

在大多数的锰基电池中，电化学反应过程中必然伴随着化学反应过程，二者是既是竞争关系也是相互促进的关系，通过调控二者的反应，来实现不同的充放电产物，同时也造成了表观上的不同反应机理。

机制的复杂性是由电池的很多因素决定，电极材料、电解质和工作条件等都会对其产生影响。这也是为何在各种文献中，哪怕相同的晶型的二氧化锰也会呈现不同的电化学行为。

固态和准固态电解质的开发使得柔性电池逐渐走向人们视野。由于电极材料的低毒安全的特点，将锌−锰电池制成可佩戴器件也是目前该体系的发展方向之一。

水系锌−锰电池依然存在许多问题，制约水系锌−锰电池发展的主要因素有：1. 能量密度和功率密度较低；2. 输出电压低；3. 循环稳定性差。

针对以上问题，研究者们研究了各种因素的本质原因，并采取一系列策略以促进二次水系锌−锰电池的商业化应用的进程。对于锌−锰电池而言，容量衰减的问题更为突出。这与很多因素有关，主要是由于不可逆或者不完全可逆的反应造成的。而影响循环寿命的锰氧化物正极不可逆的副反应主要包括：1. Mn溶解到电解质；2. 隧道型或层状锰氧化物结构坍塌；3. 低容量或无容量的副产物生成。

研究者们针对这些原因采取一系列策略以延长其循环寿命，包括在电解质中添加Mn²⁺盐，设计合理的锰氧化物框架以及复合电极材料等。

尽管目前对水系锌−锰电池的的研究越来越多，以探索高容量、高倍率性能、长周期稳定性的锰基材料以及电池的机理，但仍有一些方面需要关注。