本研究方向聚焦新能源电池领域储能材料的开发和材料关键工作/失效机理的研究。体系包括二次离子电池、全固态电池、高比能锂-硫和锂-氧气电池、水系锌电池等；注重利用各种原位原位表征平台，对储能材料在工况下的关键结构演化信息进行微纳和原子尺度的探究，并有针对性的提出解决实际应用问题的方法措施。

        MnO2材料具有资源丰富、环境友好、工作安全等优点,因此具有广阔的应用前景，特别是在大规模固定储能方面。 MnO2在二次离子电池可逆储能方面的应用还没有广泛普及，一个重要原因是 MnO2电极在长期循环后容量衰减较快,且领域内对容量衰减的结构成因缺乏深入了解。本质上讲,最终决定 MnO2电极结构稳定性和容量保持能力的是隧道框架结构与传输载流子之间的相互作用,这种作用目前知之甚少。

课题组研究团队在电极水平(同步辐射X射线散射)和单粒子水平(透射电子显微镜)上结合先进的原位诊断工具，阐明了锂离子插入/脱出 MnO2隧道框架时正极材料的结构演变和结构不稳定的本征过程。作者的发现可以解释隧道结构材料的循环不稳定性，在此基础上，未来的策略应该集中在调整电荷传输动力学和框架结构优化以提高性能。该研究工作以“Atomistic Insights of Irreversible Li⁺ Intercalation in  MnO2 Electrode”为题发表在国际顶级期刊（Angew.Chem.Int.Ed. 2021.60.1-8) ，温州大学为第一单位。

而 MnO2在初级（碱性）电池的应用一直受到副反应的困扰，最近的研究使用弱酸性水系电解液极大的提高了其可充电性。Zn金属水基可充电电池是一种新兴的系统，用于中大型应用，包括电动汽车和间歇性电源的负载均衡，因为它们具有低成本，高安全性和性能。对各种正极材料与Zn负极进行匹配测试，其中 MnO2材料因其易于加工、天然丰度和环境友好等优势而特别有吸引力。为了更深一步了解α- MnO2的电荷存储机制，目前已做了大量的研究，其采用基于MnO₆八面体骨架的晶体结构，具有一维1×1和2×2隧道，允许电荷载流子的可逆插入/脱出。然而，其作为正极与Zn负极在水性弱酸性电解质中的精确工作机制仍然存在很大争议。

最近，课题组使用原子尺度成像、电化学分析和ab initio模拟的强大组合研究了可充电水系Zn/α- MnO2电池的电荷存储机制。排除了Zn²⁺插入晶格的可能性，所有研究结果均表明H⁺插入为主导的电荷存储过程，其中在H⁺插入到H_x MnO2时，隧道框架结构保持良好。我们已经确定了在大2×2和较小的1×1隧道中形成羟基(OH)基团的α- MnO2结构内的H⁺插入位点，从而在循环时保持隧道结构的完整性。H_xMnO2（x = 0.5）的显著结构变化以及质子位置从2×2隧道到1×1隧道的变化可能与观察到两个电压平台特征有关。α-MnO2隧道内的高浓度的H⁺插入导致各向异性晶胞膨胀，显著改变了MnO2原来的四方对称性。随着循环，这种变形通过Mn溶解和不可逆的再沉淀到Zn-Mn-O纳米颗粒中导致隧道结构失效。这项研究提供了对Zn/MnO2电池储能行为的原子级观察，并指出了未来提高性能的设计路线。潜在的策略包括抑制锰溶解和调整正极隧道框架内的质子嵌入动力学。相关成果发表在（Nat. Sustain. 2022, 41893-022-00919-3）