吉林大学材料科学与工程学院杨春成教授、张红研究员团队联合安徽大学鹿可教授，提出高-中熵梯度设计策略，稳定锰基高熵普鲁士蓝类似物正极，显著提升水系锌离子电池的容量、倍率性能和长循环稳定性。相关研究成果以“Stabilizing manganese-based prussian blue analogs via high-medium-entropy gradient design for durable aqueous zinc-ion batteries”为题，于2026年1月1日发表于材料科学领域的顶级期刊《Acta Materialia》。

水系锌离子电池具有安全性高、资源丰富、成本较低等优势，是大规模储能的重要候选体系。普鲁士蓝类似物具有三维开放框架，可为Zn²⁺嵌入/脱出提供通道；其中，锰基高熵普鲁士蓝类似物可通过Mn²⁺/Mn³⁺氧化还原反应提升工作电压和容量。但Mn氧化还原过程容易诱发Jahn-Teller畸变，导致Mn溶解、Mn-N键断裂和框架坍塌，限制其长循环应用。针对这一难题，研究团队将微流控限域结晶与配位竞争机制相结合，在毫秒级均匀混合环境中调控金属离子有序释放和晶体生长，形成“Mn富集高熵核心-Fe/Co/Ni/Cu中熵外壳”的梯度核壳结构。高熵核心通过多金属d轨道耦合削弱Mn³⁺的e_g轨道简并，从源头抑制Jahn-Teller畸变；中熵外壳则发挥电解液屏蔽和应力缓冲作用，减少Mn活性位点直接暴露，并提升界面反应动力学。

原位XRD、原位Raman和XANES等表征进一步揭示了材料在充放电过程中的结构可逆性与电荷补偿机制。HE-PBA-M在充电时仅发生轻微晶格膨胀，放电后衍射峰基本恢复到初始位置，说明其结构演化高度可逆；Raman谱图显示Fe-C≡N-M配位环境在充放电过程中可逆变化，XANES结果则表明Mn是主要氧化还原活性中心，Fe和Co也参与可逆价态变化，而Cu和Ni主要承担结构稳定作用。

得益于上述协同设计，HE-PBA-M正极在0.5Ag^-1条件下，电池可稳定循环6000次，平均容量衰减率低至0.004%/圈。

吉林大学研究生王朋，文子教授为论文第一作者，吉林大学杨春成教授，张红研究员和安徽大学鹿可教授为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、吉林省科技发展计划的资助。

论文详情：P. Wang^#, Z. Wen^#, H. Zhang*, Y. Shang, K. Lu*, C.C. Yang*, Q. Jiang, Stabilizing manganese-based prussian blue analogs via high-medium-entropy gradient design for durable aqueous zinc-ion batteries, Acta Mater. 304 (2026) 121802. (^# Equal contribution)

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121802