新聞網(wǎng)訊 近日,紡織服裝學(xué)院非織造研究院寧新教授團(tuán)隊(duì)成員何宏偉、任曉川在柔性水系鋅離子電池(ZIB)領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展,相關(guān)成果以“Cation Defect-Engineered Boost Fast Kinetics of Two-Dimensional Topological Bi2Se3 Cathode for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries”為題,在國(guó)際頂級(jí)期刊Advanced Materials(Adv. Mater., 2023, 2306269)發(fā)表,期刊影響因子29.4。青島大學(xué)為第一完成單位,何宏偉、任曉川與澳大利亞伍倫貢大學(xué)Nana Wang為共同通訊作者,該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省自然科學(xué)基金,青島大學(xué)科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)等的資助支持。
水系鋅離子電池(ZIBs)的挑戰(zhàn)在于找到合適的正極材料,提供高的容量和快速的離子存儲(chǔ)動(dòng)力學(xué)。與目前常用的金屬氧化物正極相比,硒化鉍(Bi2Se3)拓?fù)浣^緣體具有表面金屬態(tài)帶來(lái)的高導(dǎo)電性貢獻(xiàn)、良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。然而,由于鋅離子電池中二價(jià)載流子與正極基體間大的晶格庫(kù)侖勢(shì)場(chǎng)導(dǎo)致離子輸運(yùn)能力不足,塊體硒化鉍體相半導(dǎo)體特性造成的電子導(dǎo)電性不高等缺陷,普通硒化鉍正極仍然不能滿足智能可穿戴儲(chǔ)能應(yīng)用中的高載量設(shè)計(jì)需求?;诖耍疚耐ㄟ^(guò)一步水熱法構(gòu)建了具有豐富的鉍陽(yáng)離子空位二維Cu-Bi2-xSe3納米片正極材料。研究顯示,富陽(yáng)離子空位的Cu-Bi2-xSe3納米片(4 nm)因大的表面拓?fù)浣饘賾B(tài)貢獻(xiàn)表現(xiàn)出更高的電子導(dǎo)電性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的體相導(dǎo)電性,且DFT計(jì)算表明,豐富的陽(yáng)離子空位可以顯著降低鋅離子的輸運(yùn)能壘,提高載流子的可逆快速存儲(chǔ)。因此,通過(guò)此“一石三鳥(niǎo)”的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)策略,同時(shí)提高了Bi2Se3正極的離子和電子傳輸能力,從而實(shí)現(xiàn)電極材料優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)壽命、大倍率和高載量性能。此外,在固態(tài)纖維鋅離子電池的可穿戴應(yīng)用上,電池表現(xiàn)出高的柔韌性和可編織性,體現(xiàn)其良好的應(yīng)用潛力。