广东
近日，东北大学理学院化学系宋禹副教授、刘晓霞教授团队在水系锌离子电池正极材料研究领域取得重要进展，首次报道过渡金属基双氢氧化物用于温和水系锌离子电池。研究成果“Cobalt-NickelDouble Hydroxide toward Mild Aqueous Zinc-Ion Batteries”在线发表于国际权威期刊Advanced Functional Materials。该成果以东北大学理学院为第一完成单位，理学院硕士研究生蒙建铭为论文第一作者。东北大学分析测试中心为本工作材料结构表征及其他数据采集提供关键支撑。
水系锌离子电池具有低成本、高安全等优点，在大规模能源储存应用中前景广阔。目前，水系锌离子电池正极材料主要有金属氧化物、导电聚合物、聚阴离子化合物及普鲁士蓝类似物等，较低的能量密度及复杂的储能机理限制了锌离子电池发展。二维层状结构的双氢氧化物（ LDHs ）因具有良好的电化学活性和较高的放电电压（ ~1.6 Vvs. Zn2+/Zn ）被广泛应用于碱性电池中。然而，强碱性电解液可能导致形成绝缘锌枝晶以及环境污染的问题。由于 Zn2+ 在层状双氢氧化物表面吸附热力学及材料内部传质动力学受限，此类材料在近中性的水系锌离子电池中难以应用。
东北大学理学院化学系宋禹副教授、刘晓霞教授团队提出 “ 电化学诱导活化 ” 策略，在钴镍双氢氧化物中引入氢空位，改善 Zn2+ 在电极表面吸附热力学，加速材料内部电子输运动力学，用于提升双氢氧化物的储锌性能。该材料在 1.2 A g - 1 的电流密度下具有 185 mAh g - 1 的高比容量、 1.61V 的平均放电电压，以及 296.2 Wh kg - 1 的优秀能量密度，结果优于大多数已报道的水系锌离子电池正极材料。
图1 钴镍双氢氧化物的电化学制备及形貌表征
本文首次将过渡金属基双氢氧化物应用于温和水系锌离子电池。此工作的主要科学发现有： 1 ）电化学诱导活化方法可破坏 O-H 键， 在过渡金属双氢氧化物中引入氢空位； 2 ）氢空位的引入，提升 过渡金属基双氢氧化物导电性，改善其阳离子吸附热力学，提供丰富的阳离子嵌入活性位点； 3 ） 过渡金属双氢氧化物在弱酸性硫酸锌电解液中经历 Zn2+/H+ 共嵌入机制。此工作聚焦能源领域前沿问题，为制备高性能、可持续水系锌离子电池提供新机遇。
图2 理论计算表明H空位的引入提升阳离子在电极表面吸附热力学
来源：东北大学
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