支春义、刘玮书、姚振鹏Mater. Today：稳定的铋锑合金正极实现高性能锌电池

尽管已经报道了大量用于水系锌电池的嵌入正极材料，但有限的嵌入容量阻碍了实现更高的能量密度。

香港城市大学支春义、南方科技大学刘玮书、上海交通大学姚振鹏等开发了一种基于BiSb合金（Bi_0.5Sb_0.5）的高性能水系锌电池，其使用高浓度强碱性聚电解质。

图1 材料结构及形貌表征

结合原位X射线衍射（XRD）、拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）表征，以及密度泛函理论计算，作者证明了该材料的转化溶解/沉积电化学机制（BiSb↔ Bi+SbO₂⁻ ↔ Bi+SbO₃⁻ ↔ Bi₂O₃）。

BiSb正极实现了0.3 A g⁻¹时512 mAh g⁻¹的大容量、20 A g⁻¹时90 mAh g⁻¹的优越倍率能力和稳定的长期循环性（在0.5 A g⁻¹下循环600次后保持184 mAh g⁻¹的容量；在1 A g⁻¹下循环1300次后保持130 mAh g⁻¹的容量）。

图2 基于准固态PANa水凝胶电解质的BiSb合金的电化学性能

值得注意的是，即使在低至−10及−20°C时，在1 A g⁻¹下其仍能分别提供210和197 mAh g⁻¹ 的容量。此外，制备的软包Zn/BiSb电池在0.3 A g⁻¹时可提供303 Wh kg⁻¹的高能量密度。

当与高浓度聚电解液结合时，Zn/BiSb电池在宽温度范围内(−40至40°C）表现出优异的性能。该研究表明，金属正极以其独特的机理有望实现锌电池的高性能，其中合金是稳定金属电极循环的有效途径。

图3 Zn/BiSb电池的转换溶解/沉积化学

Stable bismuth-antimony alloy cathode with a conversion-dissolution/deposition mechanism for high-performance zinc batteries. Materials Today 2021. DOI: 10.1016/j.mattod.2021.09.023

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