中山大学锌离子电池正极材料和储能机制研究方面取得新进展

水系锌离子电池是一种高容量和优异倍率特性的二次电池，其组成包括中性或弱酸性水系电解液、锌负极和正极材料，具有安全环保、储量丰富、成本低等优点，被认为是一种具有应用前景的新型电化学储能体系。目前，锌离子电池的研究尚处于初期阶段，制约其发展的主要问题是缺乏兼具高容量和长循环稳定性的正极材料。此外，锌离子的存储机制仍存在较大争议。

近期，材料科学与工程学院王成新教授课题组采用简单的溶胶凝胶法制备了微米片结构的V2O5·nH2O/GO复合材料，利用其作为水系锌离子电池的正极材料。

研究发现，通过改变氧化石墨烯表面的含氧官能团可以实现电池性能的有效调控。进一步研究表明，该电池体系除了表现出传统的钒的氧化还原机理，同时伴随着锌离子的嵌入/脱出，钒氧化物表面以及氧化石墨烯表面的含氧基团均参与了氧化还原反应（命名为赝锌空反应）。正是由于含氧基团的氧化还原，Zn/V2O5·nH2O电池的容量由342mAh/g大幅提升到496mAh/g，是目前已报道的水系锌离子电池容量最高值。同时，所制备的锌离子电池成功实现了高达10.6mAh/cm2的可逆面积比容量和超长循环稳定性（循环10000次后，容量持有率为84.7%）。

成果以Pseudo-Zn-Air and Zn-Ion Intercalation Dual Mechanisms to Realize High-Areal Capacitance and Long-Life Energy Storage in Aqueous Zn-Battery为题发表在材料学领域重要期刊AdvancedEnergy Materials（2019, 9, 1901480），通讯作者为杨功政副教授和王成新教授，第一作者为魏同业博士（已毕业，就职于湘潭大学）。该研究得到国家自然科学基金的大力支持。