近日，我组杨维慎研究员和朱凯月研究员团队在水系锌离子电池正极研究方面取得新进展，为水系锌离子电池的发展带来了重大突破。该研究首次明确了钒基正极材料容量衰减的核心机制，并开发出创新性电解质解决方案，使电池循环稳定性得到显著提升。这一发现不仅解决了长期困扰学界的科学难题，更为水系锌电池的商业化应用扫清了关键障碍。
长期以来，水系锌离子电池因其安全性高、成本低廉等优势，被视为大规模储能的理想选择。其中，钒基正极材料因其高容量和优异的倍率性能备受关注。然而，其实际应用始终面临循环稳定性差的瓶颈问题。传统观点认为钒溶解是导致性能退化的主要原因，但这项最新研究颠覆了这一认知。研究团队通过系统实验证实，溶解后生成的Zn3(OH)2V2O7·2H2O（ZOV）副产物才是真正的"性能衰减元凶"。这一发现为后续技术突破指明了方向。
研究过程中，通过制备高纯度ZOV样品并进行电化学测试，确认该物质的Zn2+存储容量仅为1 mAh/g，几乎不具备电化学活性。这一关键发现解释了为何钒基电池在实际使用中会出现明显的容量衰减。更令人振奋的是，团队还系统揭示了ZOV形成的两种不同生成路径，并指出了钒基材料的溶解是促使ZOV生成的原因。为后续针对性解决方案的提出奠定了理论基础。
研究团队开发出创新性的电解质设计方案。通过在2M ZnSO4中添加75%乙二醇（EG），形成了新型混合电解液。这种设计实现了抑制钒基材料溶解效果，有效阻断了ZOV的生成路径。实验数据显示，采用这种电解液的(NH4)0.4V2O5·1.6H2O正极在0.2 A/g电流密度下循环150次后，容量保持率高达85%，远优于传统电解液的26%。
上述工作以“Unlocking the performance degradation of vanadium-based cathodes in aqueous zinc-ion batteries”为题，于近日发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal)。上。该工作的第一作者是我所504组博士研究生李伟健。该工作得到了国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 李伟健、朱凯月）
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724052756?via%3Dihub
