刘宏教授团队在材料结构应变提升水系锌电池性能方面取得新进展

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近日，晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队在氧空位和磷酸根基团诱导的钒氧化物结构应变提升水系锌电池正极性能研究方面取得新进展，相关成果以“Oxygen-Vacancy and Phosphate Coordination Triggered Strain Engineering of Vanadium Oxide for High-performance Aqueous Zinc Ion Storage”为题，在线发表于Nano Energy(IF=17.881),文章通讯作者为山东大学王书华教授、刘宏教授，第一作者为晶体材料研究院国家重点实验室博士研究生杜敏，山东大学为第一作者单位。

       水系锌离子电池在近年来得到广泛关注，但其发展仍受限于正极材料的电化学性能。钒氧化物正极由于其高比容量的特点成为水系锌电池的研究热点，但是嵌入的锌离子与钒氧骨架间的强静电相互作用力以及循环过程中正极材料发生的不可逆相变导致了锌离子传输动力学缓慢。为提高水系锌电池钒氧化物正极材料的性能，研究团队通过磷化处理的手段，在(Na,Co)V8O20·nH2O正极材料中引入氧缺陷和磷酸根基团（P-Co-NVO），诱导材料发生结构应变进而引起层状结构扭曲，层与层之间形成的“空腔”结构使得局部层间距增加。此外，经DFT理论计算，引入的氧缺陷和磷酸根基团还可以促进电荷转移。这种策略不仅提高了锌离子存储动力学，而且借助磷酸根基团与氢氧根之间的电荷排斥效应有效抑制了不可逆相转变产物的Zn3(OH)2V2O7⋅2H2O的形成，使得V-O骨架结构在长循环过程中保持稳定，赋予P-Co-NVO正极材料优异的长循环稳定性。这为高性能锌离子电池正极材料不可逆相转变的抑制研究提供了新思路。
       该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、山东省优秀青年基金、中国科协“青年人才托举工程”、晶体材料国家重点实验室的支持。
       相关链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106477


      文章来源：山东大学
      刘宏，男，1964年1月生，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。中国晶体学会理事，中国硅酸盐学会晶体生长分会副秘书长，中国光学学会材料专业委员会会员理事，山东省硅酸盐学会副秘书长，中国硅酸盐学会会员，美国化学会会员。
       王书华，女，1987年8月出生，山东大学教授，博士生导师，齐鲁青年学者。2016年于北京纳米能源与系统研究所获得工学博士学位。曾在中科院化学所分子纳米结构与纳米技术重点实验室从事博士后研究工作，2016年入选首届博士后创新人才支持计划，承担过博士后科学基金面上资助。目前正在主持山东大学齐鲁青年学者人才项目。主要研究方向：可充电二次电池、基于生物效应的微纳能源收集与纳米发电机。