张乃庆/赵光宇/吕蓬勃AEM：N的梯度浓度补充可稳定氧空位以增强Zn2+存储

在水系锌离子电池(ZIB)正极中引入氧空位可以显著改善Zn²⁺的扩散动力学，从而增强电化学性能。然而，水性电解质循环过程中电池中氧空位的稳定性却被忽视。

在此，哈尔滨工业大学张乃庆教授、赵光宇副教授&湘潭大学吕蓬勃副教授团队通过不同杂质原子的重新填充来稳定氧空位，并且N的梯度浓度重新填充以最小的形成能(4.77eV)实现了氧空位的最稳定状态。

所得Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O通过梯度N补充部分氧空位(N-VO-ZVO)实现了更稳定的氧空位和低Zn²⁺扩散能垒(0.19 eV)，在100 A g^-1下具有186 mAh g^-1的超高倍率性能，10000次循环后容量保持率为84.9%。

图1. VO-ZVO 循环前后的结构表征

总之，DFT计算结果表明N原子的重新填充(与P和S原子相比)可以降低氧空位的形成能(4.77 eV vs 5.69和5.55 eV)，从而产生更稳定的氧空位。

作者通过电化学原位转换方法获得了具有梯度浓度的N重新填充到氧空位的N-VO-ZVO正极。得益于N的梯度浓度，N-VO-ZVO补充表现出增强的氧空位稳定性，具有最小的氧空位形成能(4.77 eV)，实现10000次循环后的容量保持率为84.9%。

此外，Zn²⁺扩散的低能垒(0.19 eV)增强了Zn²⁺扩散动力学，从而实现了N-VO-ZVO的超高倍率性能(100 A g^-1时为186 mAh g^-1)。因此，精确设计合理的正极结构对于实现增强的离子扩散动力学和长循环稳定性至关重要。

图2. N-V_O-ZVO和V_O-ZVO的电化学性能

Gradient Concentration Refilling of N Stabilizes Oxygen Vacancies for Enhanced Zn2+ Storage, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301730

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张乃庆/赵光宇/吕蓬勃AEM：N的梯度浓度补充可稳定氧空位以增强Zn2+存储

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