2022年全国甲卷化学第10题以“水系电池”为背景对相关电化学知识进行了考查。考题难度中等，通过排除法易得出正确选项，但C、D选项的相关化学反应需要有一定的知识积累。2020年3月天津大学钟澄教授、胡文彬教授以“Decoupling electrolytes towards stable and high-energy rechargeable aqueous zinc-manganese dioxide batteries”为题发表在Nature Energy上的文章有上述考题的情境信息。

原始文献

1.考题回顾

2.文献来源

2020年3月天津大学钟澄教授、胡文彬教授团队论文Decoupling electrolytes towards stable and high-energy rechargeable aqueous zinc-manganese dioxide batteries（Nature Energy, 2020, DOI: 10.1038/s41560-020-0584-y）（中文名：电解液去耦合获得稳定、高能可充电水系Zn-MnO2电池）有相关考题信息。

原文节选

电池工作示意图

考查痕迹

(小编注：从原文献可以看出，中间的硫酸钾溶液在放电前是低浓度，放电过程接收钾离子和硫酸根离子，浓度升高；在充电前是高浓度，充电过程向两极提供钾离子和硫酸根离子，浓度降低。左边的选择性透过膜为阴离子膜，右边的选择性透过膜为阳离子膜。此题通过排除法不用分析隔膜种类，若给予适当信息，加入隔膜种类及离子浓度变化的考查，将提升试题难度。)

中文解读

相比于传统的有机体系电池，水系电池有着极高的安全性、较低的成本和高的能量密度，受到国内外的高度，成为储能和电池领域研究开发的热点。锌基电池目前存在的问题主要在于缺乏高效的双功能催化剂电极材料，氧还原和析出反应缓慢；电解质稳定性较差；充放电过程中容易产生锌枝晶等。为了解决上述问题，材料科学与与工程学院胡文彬教授团队聚焦锌基电池存在的关键科学和技术问题，从电极材料可控制备、新型电解质开发和电池设计等方面开展了创新性研究，在新型水系锌基电池、柔性可穿戴电池器件的研究与开发取得了重要进展。近年来，科研成果在Nature Energy, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Angew. Chem. Int. Ed.等国际顶级期刊发表学术研究论文三十多篇，授权发明专利20余项，多项锌基电池关键技术已经进入产业化推广阶段。

近期，团队创新地提出了一种基于电化学冶金原理并利用电解质去耦合策略，在电池中同时进行酸性MnO2和碱性Zn可逆溶解/电沉积的储能机制。基于这一机制，可以突破传统水系电池的低工作电压瓶颈，将Zn–MnO2电池的工作电压大幅提高至2.7V以上，并可显著提升电池的能量密度和循环性能。此外，该策略也被证明适用于其他锌基水系电池，如Zn–Cu和Zn–Ag电池。相比于传统的基于离子插入/脱嵌机制的二次电池，这种新型水系锌-锰电池可以几乎100％利用MnO2的理论容量，并可获得最高约2.8V的工作电压，同时在深度放电情况下可获得高的循环寿命。

来源：天津大学新闻网

http://news.tju.edu.cn/info/1012/50865.htm

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