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水系鋅離子電池具有低成本、高安全等優(yōu)點，在大規(guī)模能源儲存應用中前景廣闊。目前，水系鋅離子電池正極材料主要有金屬氧化物、導電聚合物、聚陰離子化合物及普魯士藍類似物等，較低的能量密度及復雜的儲能機理限制了鋅離子電池發(fā)展。二維層狀結構的雙氫氧化物（LDHs）因具有良好的電化學活性和較高的放電電壓（~1.6 Vvs. Zn²⁺/Zn）被廣泛應用于堿性電池中。然而，強堿性電解液可能導致形成絕緣鋅枝晶以及環(huán)境污染的問題。由于Zn²⁺在層狀雙氫氧化物表面吸附熱力學及材料內(nèi)部傳質動力學受限，此類材料在近中性的水系鋅離子電池中難以應用。

東北大學理學院化學系宋禹副教授、劉曉霞教授團隊提出“電化學誘導活化”策略，在鈷鎳雙氫氧化物中引入氫空位，改善Zn²⁺在電極表面吸附熱力學，加速材料內(nèi)部電子輸運動力學，用于提升雙氫氧化物的儲鋅性能。該材料在1.2 A g^-1的電流密度下具有185 mAh g^-1的高比容量、1.61V的平均放電電壓，以及296.2 Wh kg^-1的優(yōu)秀能量密度，結果優(yōu)于大多數(shù)已報道的水系鋅離子電池正極材料。

圖1 鈷鎳雙氫氧化物的電化學制備及形貌表征

本文首次將過渡金屬基雙氫氧化物應用于溫和水系鋅離子電池。此工作的主要科學發(fā)現(xiàn)有：1）電化學誘導活化方法可破壞O-H鍵，在過渡金屬雙氫氧化物中引入氫空位；2）氫空位的引入，提升過渡金屬基雙氫氧化物導電性，改善其陽離子吸附熱力學，提供豐富的陽離子嵌入活性位點；3）過渡金屬雙氫氧化物在弱酸性硫酸鋅電解液中經(jīng)歷Zn²⁺/H⁺共嵌入機制。此工作聚焦能源領域前沿問題，為制備高性能、可持續(xù)水系鋅離子電池提供新機遇。

圖2 理論計算表明H空位的引入提升陽離子在電極表面吸附熱力學

參考資料：http://neunews.neu.edu.cn/2022/0614/c193a77082/page.htm