【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，我所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室無機膜與催化新材料研究組(504組)楊維慎研究員和朱凱月副研究員團隊在水系鋅離子電池機理研究方面取得新進展，將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的孔道材料MoV0.41Te0.12O4(MVT-M1)應(yīng)用于鋅離子電池的正極，并在原子尺度上直接觀察到隧道內(nèi)Zn2+的嵌入和脫嵌過程。(注：買儀表，賣儀表就上儀表網(wǎng)！ 看資訊、查訂單…一站式全搞定！)
 

　　水系鋅離子電池具有高安全性、高功率密度、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點，被認(rèn)為是新一代安全儲能技術(shù)之一。其中，正極材料對電池的工作電壓、容量和穩(wěn)定性起著決定性作用，是整個鋅離子電池研究的關(guān)鍵。因此，開發(fā)具有高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性的鋅離子電池正極材料具有重要意義。
 

　　目前，釩基材料和錳基材料作為水系鋅離子電池正極材料，在容量和穩(wěn)定性方面都取得了長足的進展。然而，正極側(cè)離子的儲存機理仍然不明確，尤其是缺乏直接證據(jù)證明鋅離子儲存到了孔道或者層間。這主要受限于水合的層狀材料在電子束的轟擊下易失水，導(dǎo)致層間距變化；以及孔道結(jié)構(gòu)的釩基和錳基材料在鋅離子電池運行過程中易發(fā)生溶解和相變。
 

　　本工作中，研究團隊將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的孔道材料MoV0.41Te0.12O4(MVT-M1)應(yīng)用于鋅離子電池的正極。MVT-M1具有寬而穩(wěn)定的六元環(huán)(約5Å)和七元環(huán)(約6Å)隧道，有利于循環(huán)過程中可逆的Zn2+嵌入和脫嵌，并且富含氧化還原中心(Mo、V、Te)，促進電荷再分配，從而在鋅離子電池中表現(xiàn)良好的性能。此外，得益于MVT-M1對高能電子束有出色的抗轟擊能力，研究團隊利用高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡在原子尺度上直接觀察到隧道內(nèi)Zn2+的插入和提取過程。此外，團隊利用飛行時間二次離子質(zhì)譜法，精確地測定了鋅離子在正極內(nèi)從表面到體相的逐層儲存位置；通過對采用不同分子尺寸溶劑的電解質(zhì)進行性能比較，發(fā)現(xiàn)溶劑也需要進入孔道才能確保鋅離子的儲存。
 

　　該工作不僅對于深入理解Zn2+在材料中的存儲機制具有重要意義，并為高效存儲Zn2+的材料優(yōu)化提供了明確的方向。
 

　　上述工作以“Atomic scale analysis of Zn2+ storage in robust tunnel frameworks”為題，于近日發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》(Chemical Science)上。該工作的第一作者是我所504組副研究員朱凱月。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/圖 朱凱月)