张乃庆/赵光宇/吕蓬勃AEM：梯度浓度N填充稳定氧空位，增强Zn2+储存性能

在水系锌离子电池（ZIB）正极中引入氧空位可显著改善Zn²⁺的扩散动力学，从而提高电化学性能。然而，氧空位在水系电解质循环过程中的稳定性一直被忽视。

图1 材料表征

哈尔滨工业大学张乃庆、赵光宇、湘潭大学吕蓬勃等系统地研究了填充N对稳定氧空位和提高Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O（ZVO）循环稳定性的影响。

实验结果表明，填充N后，N元素在材料内部的分布呈现出由外向内的梯度。换句话说，由于NH₃热处理方法是由外向内扩展的，因此材料表面的 N元素在向氧空位的填充更为彻底。

梯度N填充的独特结构导致氧空位从电极表面分离，在充放电过程中内部氧空位浓度的变化极小，这就确保了正极的电化学性能可以在较长的循环寿命内保持不变。

图3 电化学性能研究

理论计算和实验结果表明，N原子的重新填充（与P原子和S原子相比）可降低氧空位的形成能（4.77 eV vs. 5.69 eV和5.55 eV），从而使氧空位更加稳定。此外，得益于N的梯度浓度填充，ZVO表现出更低的Zn²⁺迁移势垒（0.19 eV）。

正如预期的那样，所设计的N-VO-ZVO正极在100 A g^-1的条件下表现出186 mAh g^-1的超高倍率性能。更重要的是，由于N的梯度浓度填充，氧空位更加稳定，因此在10000次循环后，容量保持率达到 84.9%。

图3 动力学研究

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：梯度浓度N填充稳定氧空位，增强Zn2+储存性能

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