徐峰/董岩皓/朱凯AM：硒正极活化助力水系锌离子电池

水性可充电锌离子电池（ARZIBs）由于水性电解质和锌金属负极的优越安全性和低成本，是一种有前途的下一代储能装置。然而，由于缺乏能够提供轻质和紧凑尺寸的具有高体积容量的合适正极其发展受到了阻碍。

在此，东南大学徐峰&清华董岩皓&哈尔滨工程大学朱凯等人报道了一种基于掺杂有过渡金属Ru的非晶Se的新型正极化学，该化学减轻了Se正极和水性电解质之间的副反应产生的电阻表面层。这种改进可以允许在该系统中具有高的体积容量。与Se||Zn电池中Se和ZnSe之间的传统转换机制不同，该策略在Ru掺杂的非晶Se||Zn-半电池中实现了同步质子和Zn²⁺的嵌入/脱嵌。

此外，该系统中Zn²⁺沉积/剥离过程有助于这种新型正极化学的优异电化学性能。因此，发现Ru掺杂的非晶Se||Zn半电池提供了721 mAh g⁻¹/3472 mAh cm⁻³的创纪录的高容量，以及超过800次循环的优异循环稳定性，每次循环只有0.015%的容量衰减。

图1. 电池性能

总之，该工作探索了一种正极化学方法，可以实现高性能的水系Zn||Ru掺杂非晶Se电池。DFT计算表明，通过将过渡金属掺杂与非晶化工程相结合，可以提高正极动力学，从根本上避免表面钝化和电压极化。结果表明，合成的a-Ru_0.14Se正极的容量为721 mAh g^-1/3472 mAh cm^-3，具有800次循环的长循环稳定性，容量保持率为88.12%。

实验表明，锌(Zn²⁺+ 2e^–→Zn)的沉积反应对获得高容量和长循环寿命起着关键作用。因此，该研究将为研究Zn||Se水系电池提供新的视角。此外，所提出的设计原理可以扩展到硫族其他元素材料的高效储能装置。

图2.作用机制

Activating Selenium Cathode Chemistry for Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Materials 2023 DOI:10.1002/adma.202306580

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徐峰/董岩皓/朱凯AM：硒正极活化助力水系锌离子电池

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