引言
可充水系锌电池在大规模储能领域中展现出了良好的应用前景。这得益于水系电解液具有高的安全性、良好的环境兼容性和优异的离子电导率。此外，锌资源丰富、分布广泛、化学稳定性高，可直接用作负极材料。然而，锌离子电荷高且原子量大，在常规正极晶体结构中的脱嵌动力学缓慢，因此急需开发新型高性能储锌正极材料。水合层状钒氧化物V5O12·6H2O具有较大的层间距（~1.18 nm），有利于二价锌离子的可逆脱嵌，且其丰富的结构水可以削弱阳离子和正极晶体结构间的静电斥力，有利于提升正极材料的倍率性能。然而，钒基氧化物在传统水系电解液中往往面临着循环稳定性差的问题；此外，多价态阳离子在V5O12·6H2O正极晶体结构中的脱嵌行为相对复杂，其储锌机理仍不明确。另一方面，传统电极的制备过程需要使用粘结剂和导电剂将活性物质涂覆在导电集流体上，这些非活性物质的引入（粘结剂、导电剂）会在一定程度上降低电极材料整体的能量密度。
成果简介
最近，河北大学张宁副教授等研究人员在国际著名期刊Advanced Functional Materials (IF=13.32)上在线发表了题为Hydrated Layered Vanadium Oxide as a Highly Reversible Cathode for Rechargeable Aqueous Zinc Batteries的文章。利用电化学沉积技术，一步制备了V5O12·6H2O (VOH) 纳米带均匀的沉积在不锈钢网上，这种一体化正极材料可直接用作电极，无需粘结剂和导电剂。以所制备的VOH为正极，金属锌为负极，Zn(CF3SO3)2水溶液为电解液，构建了高能量密度、长循环寿命的Zn-VOH电池体系。通过电化学测试、TEM表征和XPS表征等分析方法，阐明了VOH正极的储锌机理。此外，设计了一种水基凝胶电解质，构建了柔性准固态Zn-VOH电池器件，在不同弯曲状态下，显示了稳定的电化学性能。以上研究工作，为高性能储锌正极材料的研制以及柔性锌电池的开发提供了思路。
先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学）
Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)