近日，某團隊在水系鋅離子電池機理研究中取得新進展。該研究將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的孔道材料MoV_0.41Te_0.12O₄（MVT-M1）應(yīng)用于鋅離子電池的正極，并在原子尺度上直接觀察到隧道內(nèi)Zn²⁺的嵌入和脫嵌過程。

水系鋅離子電池具有高安全性、高功率密度、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)點，被認(rèn)為是新一代安全儲能技術(shù)之一。其中，正極材料對電池的工作電壓、容量和穩(wěn)定性起著決定性作用，是整個鋅離子電池研究的關(guān)鍵。因此，開發(fā)具有高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性的鋅離子電池正極材料具有重要意義。

目前，釩基材料和錳基材料作為水系鋅離子電池正極材料，在容量和穩(wěn)定性方面均取得了長足的進展。然而，正極側(cè)離子的儲存機理仍不明確，尤其是缺乏直接證據(jù)證明鋅離子儲存到了孔道或者層間。這主要受限于水合的層狀材料在電子束的轟擊下易失水導(dǎo)致層間距變化，以及孔道結(jié)構(gòu)的釩基和錳基材料在鋅離子電池運行過程中易發(fā)生溶解和相變。

本工作將結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的孔道材料MoV_0.41Te_0.12O₄（MVT-M1）應(yīng)用于鋅離子電池的正極。MVT-M1具有寬而穩(wěn)定的六元環(huán)（約5?）和七元環(huán)（約6?）隧道，利于循環(huán)過程中可逆的Zn²⁺嵌入和脫嵌，并富含氧化還原中心（Mo、V、Te），促進電荷再分配，從而在鋅離子電池中表現(xiàn)良好的性能。此外，得益于MVT-M1對高能電子束有出色的抗轟擊能力，研究利用高角度環(huán)形暗場掃描透射電子顯微鏡在原子尺度上直接觀察到隧道內(nèi)Zn²⁺的插入和提取過程。此外，該團隊利用飛行時間二次離子質(zhì)譜法，測定了鋅離子在正極內(nèi)從表面到體相的逐層儲存位置；通過對采用不同分子尺寸溶劑的電解質(zhì)進行性能比較，發(fā)現(xiàn)了溶劑需要進入孔道才能確保鋅離子的儲存。

該工作對探索Zn²⁺在材料中的存儲機制具有重要意義，并為高效存儲Zn²⁺的材料優(yōu)化提出了明確的方向。