【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 近日，我所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室無機(jī)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(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池機(jī)理研究方面取得新進(jìn)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(diǎn)，被認(rèn)為是新一代安全儲(chǔ)能技術(shù)之一。其中，正極材料對(duì)電池的工作電壓、容量和穩(wěn)定性起著決定性作用，是整個(gè)鋅離子電池研究的關(guān)鍵。因此，開發(fā)具有高容量和長(zhǎng)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(zhǎng)足的進(jìn)展。然而，正極側(cè)離子的儲(chǔ)存機(jī)理仍然不明確，尤其是缺乏直接證據(jù)證明鋅離子儲(chǔ)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(yùn)行過程中易發(fā)生溶解和相變。
 

　　本工作中，研究團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(duì)高能電子束有出色的抗轟擊能力，研究團(tuán)隊(duì)利用高角度環(huán)形暗場(chǎng)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(tuán)隊(duì)利用飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法，精確地測(cè)定了鋅離子在正極內(nèi)從表面到體相的逐層儲(chǔ)存位置；通過對(duì)采用不同分子尺寸溶劑的電解質(zhì)進(jìn)行性能比較，發(fā)現(xiàn)溶劑也需要進(jìn)入孔道才能確保鋅離子的儲(chǔ)存。
 

　　該工作不僅對(duì)于深入理解Zn2+在材料中的存儲(chǔ)機(jī)制具有重要意義，并為高效存儲(chǔ)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(xiàng)目的資助。(文/圖 朱凱月)