圖/河南大學物理與電子學院
近期，物理與電子學院白瑩團隊在水系鋅離子電池釩基正極材料晶體工程調控領域取得新進展，相關成果以“Textured Na2V6O16·3H2O cathode tuned via crystal engineering endows aqueous Zn-ion batteries with high-rate capability and adequate lifespan”為題發表于能源領域頂級期刊ACS Energy Letters（影響因子：23.991）。
水系鋅離子電池釩基正極材料由于高的比容量而備受關注。然而，在循環過程中，由于鋅離子與在嵌入釩基正極材料時會存在較強的靜電作用力導致副反應的發生進而引發材料退化從而導致倍率性能下降。近日，白瑩教授團隊在理論預測的指導下，利用晶體工程成功地設計了擇優取向的Na2V6O16·3H2O（NVO）正極材料。根據理論計算預測出鋅離子在NVO正極材料中可能存在不同的擴散路徑，發現直線隧道路徑其離子遷移能壘較低。并且利用多物理場模擬方法，得到在鋅離子嵌入過程中，活性面強度最高的NVO內部鋅離子濃度場分布較為均勻的結果。從電化學分析中表明，NVO作為水系鋅離子正極材料具有良好的電化學性能，特別是在較高的電流密度20 A g-1下，其容量為156.9 mAh g-1，同時具有良好的長期循環能力（5000次循環后容量為140.6 mAh g-1，容量保持率為78.5%），此外在300 mA g-1較小電流密度下循環300周仍然保持了較高的循環保持率，說明NVO正極材料在弱酸性電解液中的溶解性問題得到了有效的改善。本工作所揭示的晶體工程可作為從根本上提高正極材料電化學性能的有效策略，并有望運用到可用于鋰、鈉、鉀等二次可充電電池體系。
河南大學物理與電子學院、河南大學交叉學科高等研究院、河南省新能源材料與器件國際聯合實驗室為該論文第一署名單位，2021級博士研究生李世佳為第一作者，白瑩教授為通訊作者，西安交通大學劉洋洋博士和瑞典查爾莫斯大學（Chalmers Tekniska H?gskola）熊仕昭博士為論文的共同通訊作者，中山大學盧俠教授在理論計算方面給予了支持和幫助。該研究工作受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、河南省中原英才計劃、河南省高等學校學科創新引智基地、河南省高?？萍紕撔聢F隊支持計劃、河南大學杰出青年科研人才培育基金等經費的資助。
面向下一代新型高性能二次離子電池的研究和應用，白瑩教授團隊長期致力于二次電池關鍵材料研究及功能界面的構筑，為下一代二次電池的發展提供新策略與新方案。（ACS Energy Letters, 2022, 7, 3770; Advanced Functional Materials, 2022, 2206428; Energy Storage Materials, 2022, 50, 407; Advanced Science, 2022, 2200622; Nano Energy, 2021, 83, 105775）。
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