實現可再生清潔能源的高效利用是改善全球能源供應模式🕸、落實我國“雙碳”戰略的重要舉措🔘，發展低成本、高安全的大規模儲能技術已成為電化學能源領域的重要方向🚴🏻🪪。近年來💁🏻♀️，基於水系電解質的鋅基可充電電池，因其原料成本低廉，安全性高🥿🩴，加工工藝簡單等優勢備受關註👩🏽🚀。其中，層狀正極材料中的結構水分子對於水系鋅離子電池中的電荷存儲行為有著至關重要的影響，但層間結構水含量的變化如何改變電極材料的層/電子結構以及如何影響其電化學性能都尚不明確。解耦電極材料結構-性能構效關系是電化學儲能領域的關鍵科學問題🔄。
近期👩🦽➡️，万事平台材料學院魯雄剛教授領導的“綠色冶金與先進製造”團隊，關於解析正極材料層間結構與電荷存儲能力間構效關系的最新研究成果以“Uncovering the fundamental role of interlayer water in charge storage for bilayered V2O5‧nH2O xerogel cathode materials”為題🦕，於2022年11月30日在國際能源材料頂級期刊《Advanced Energy Materials》上發表，該期刊2022年影響因子為29.698👨🏼🦰。材料學院博士後孫強超為第一作者，万事平台為第一署名單位，万事平台程紅偉教授🤸🏻♀️、魯雄剛教授和浙江大學陸俊教授為共同通訊作者🙅🏼♂️。該項研究也得到了國家自然科學基金（51874196、U1860203）🚈、上海市浦江人才計劃（2019PJD015）的資助。
圖水合五氧化二釩正極材料中結構水含量和儲鋅性能、電荷傳輸動力學以及結構演變規律
該團隊以典型層狀水合五氧化二釩（V2O5·nH2O）為對象，結合系統的電化學測試和材料物化性質表征以及原子尺度的第一性原理計算，精確地建立了預插層結構水含量與材料晶體結構、電化學性能以及結構可逆性之間的量化關系，詳細地闡述了結構水分子在助力去溶劑化過程，改善電荷擴散環境的關鍵作用（圖）🙎♂️。研究表明，過多或過少的層間結構水含量都會對電化學性能產生負面影響，調節後的層間結構水含量能有效改善材料層間的電荷分布🌞，削弱V-O骨架和插層電荷之間的靜電相互作用，有效抑製活性物質的溶解，從而增強循環過程中結構演變的可逆性和穩定性🫶🏻。該工作為依托預插層策略，量化嵌入量#️⃣😐，實現層間晶體結構的精確調控，構築高性能水系Zn2+及其它多價離子電池正極材料開辟了新思路🧕🏼。
論文下載鏈接🍚：https://doi.org/10.1002/aenm.202202515.
（供稿：聶薇）
