Sn is a promising metal anode for aqueous batteries, with up to four-electron redox available per atom (903 mAh g⁻¹_Sn). However, practically harnessing the four-electron Sn(OH)₆²⁻/Sn reversibility remains challenging due to limited mechanistic understanding. Here, we reveal a kinetically asymmetric redox pathway involving a successive four-electron plating and a stepwise 2 + 2 electron stripping through a Sn(OH)₃⁻ intermediate. The crossover of Sn(OH)₃⁻ induces a reversible self-discharge that reduces Coulombic efficiency but does not impact cyclability, demonstrated by four-electron Sn-Ni full cells that sustain >800 h of stable cycling. By tuning the ion selectivity of the separator to suppress Sn(OH)₃⁻ crossover while allowing OH⁻ transport, we further demonstrate high Sn utilization (67%) and high energy density (143.1 Wh L⁻¹_cell). The results provide key understandings of the tradeoffs in engineering reversible multi-electron metal anodes and define a new benchmark for practical energy density that exceeds any Sn-based aqueous batteries to date.

中文翻译：

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一种可逆四电子 Sn 金属水系电池


Sn 是一种很有前途的用于水系电池的金属负极，每个原子最多可产生四个电子的氧化还原 （903 mAh ^g-1_Sn）。然而，由于对机理的理解有限，实际利用四电子 Sn（OH）₆²⁻/Sn 的可逆性仍然具有挑战性。在这里，我们揭示了一种动力学不对称的氧化还原途径，涉及连续的四电子电镀和通过 Sn（OH）₃⁻ 中间体的逐步 2 + 2 电子剥离。Sn（OH）₃⁻ 的交叉诱导可逆自放电，这降低了库仑效率，但不影响可循环性，维持 >800 h 稳定循环的四电子 Sn-Ni 全电池证明了这一点。通过调整隔膜的离子选择性以抑制 Sn（OH）₃⁻ 交叉，同时允许 OH⁻ 传输，我们进一步证明了高 Sn 利用率 （67%） 和高能量密度（143.1 Wh ^L-1_电池）。这些结果为工程可逆多电子金属负极的权衡提供了关键理解，并为实际能量密度定义了一个新的基准，该基准超过了迄今为止任何 Sn 基水系电池。