实验室在高性能水系锌电池体系研究的新进展

1.锌-碘电池体系

由于其低成本、高电压和高安全性，水系锌-碘电池是电网级能量存储的有前途的候选者。然而，由于包括多碘穿梭和锌枝晶在内的棘手问题，Ah级Zn-I2电池很少实现。实验室与福建物构所联培博士揣明艳与合作者采用ZnIxG4(四甘醇二甲醚)复合化学来开发10 Ah双镀Zn-I2电池(DPZIB ),其中锌和碘在水系电解液中反复溶解和沉积。该电池不含隔膜或高成本电解质。G4通过充当电子供体来加强Zn-I键，同时，它通过与Zn2+络合来增强电解质的还原性。这种卤素络合化学赋予静态DPZIB无穿梭性质、可忽略的自放电和最少的锌枝晶。该电池在5 mA cm-2下可提供超过1800 h的301.5 mA h容量，低容量衰减(25 mA cm-2下800次循环，每次循环下降0.028%)，可扩展容量高达10.8 A h。该工作组装的无隔膜Zn-I2液流电池，可在白天存储太阳能，在晚上为电子设备供电。

图 1. 基于DPZIB的无膜液流电池概念验证。(a) GCD曲线，(b)循环性能和(c)倍率性能。(d)无膜DPZIB液流电池在电网规模储能系统中的集成示意图，以及(e)为LED灯链(5 W)持续供电的原型。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2025/ee/d5ee00027k?pass_tag=1

2.锌-钒电池体系

高容量、快速充电、长寿命阴极的开发对水系锌离子电池的发展至关重要。然而，开发具有所有这些互连特性的电极仍然具有挑战性。实验室与福建物构所联培博士揣明艳与合作者报道了一种具有晶相-非晶相特征的独特VSSe-V2O5核壳复合物的设计，通过VSSe的电化学氧化促进形成非晶异质界面。VSSe的优异导电性直接促进了快速电子转移。同时，无定形V2O5壳层表现出显著的亲水和亲锌特性，支持锌离子的自发吸附。在异质界面处，VSSe和V2O5之间的相互作用产生了独特的内置电场，增强了从核心向外的整流。该电极表现出优异的倍率性能，在50 A g-1的超高电流密度下放电容量为162 mAh g-1。此外，它在30 A g-1下提供了176 mA h g-1的比容量，具有17 000次循环寿命和93%的容量保持率。这项工作凸出晶相-非晶相整流异质阴极的存储性能，并揭示了材料的表面非晶异质化是开发稳定阴极的一个有效途径。

图 2.晶相-非晶相VSSe-V2O5核壳整流异质结构助力水系锌离子电池实现高容量、快充和持久性能。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2025/ee/d5ee00304k?pass_tag=1

3.锌-锰电池体系

锰基氧化物由于其高的理论能量密度和成本效益而被认为是用于水系锌离子电池(AZIBs)的有前途的阴极。然而，它们的低电导率和在循环过程中溶解的限制了其在AZIBs中的应用。实验室与福建物构所联培博士揣明艳与合作者提出了一步煅烧法将硫和氮阴离子引入MnO2结构(标记为NS-MnO2)。表征和理论计算证实硫和氮掺杂物提高了MnO2的本征电子电导率和结构稳定性。具体而言，硫掺杂加速了Zn2+的扩散，而Mn-N键的形成加强了Mn-O键，从而在循环过程中稳定了MnO2的结构。此外，掺杂过程产生氧空位，有利于Zn2+扩散动力学。NS-MnO2在0.2 A g-1的电流密度下表现出295 mAh g-1的比容量，并且在1500次循环后表现出120 mAh g-1的高循环稳定性。该研究突出了双阴离子掺杂在改变过渡金属氧化物结构方面的有效性，并揭示了其在设计其他储能材料方面的潜在应用。

图 3. 各种MnO2阴极的电化学性能。a)在0.8-1.8 V的电压范围内，电流密度为0.2 A g-1时的放电/充电曲线。b)扫描速率为0.4 mV s-1时的循环伏安曲线。c)电流密度为0.2 A g-1时的循环性能。d)电流密度为0.2-2 A g-1时的额定性能。e)NS-MnO2和其它报道的阴极材料的容量保持率的比较图。f)四个样本的奈奎斯特图。g)1 A g-1的高电流密度下的循环性能。h)NS-MnO2基袋状电池的容量保持率和库仑效率。

文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdfdirect/10.1002/adfm.202501135?pass_tag=1

（柴国良团队 供稿）