晁栋梁/赵俊伟AEM: 锌离子电池，实现10000次循环！

尽管由于固有的低成本和高安全性而具有广阔的前景，但水系锌离子电池的实际应用受到正极溶解、电解液寄生副反应和金属负极枝晶生长等严重相互问题的阻碍。

在此，复旦大学晁栋梁研究员、河南大学赵俊伟教授等人提出了一种三功能策略，即将K₁₀[V^IV₁₆V^V₁₈O₈₂]的多氧钒酸盐（POV）簇作为有前途的Zn²⁺主体，可同时稳定簇正极、水系电解液和金属Zn负极。

具体而言，作者通过实验、分子动力学模拟和DFT计算的组合研究表明：i）部分来自POV正极的可溶性POV簇通过阳极氧化原位转化为K₂V₆O₁₆·1.5H₂O的不溶性CEI层，可抑制POV正极的溶解并提高容量保持率；ii）在抑制电解液的副反应方面，这些簇不仅通过占据主要的Zn²⁺-6H₂O壳层来调节Zn²⁺的溶剂化结构，而且还捕获游离H₂O分子以减少H⁺的形成；iii）POV-Zn表面的高吸附能与原位形成的亲锌SEI可抑制锌负极的寄生反应，从而引导均匀的Zn剥离/电镀行为并抑制枝晶生长。

图1. 不溶性CEI层的构建过程

因此，采用阳极氧化的Zn//POV电池在0.5 A g^-1的电流密度下可提供327 mAh g^-1 的高容量，并在2000次循环后保持稳定的循环过程。而没有阳极氧化的Zn//POV 电池表现出270 mAh g^-1的低初始容量，且在123次循环后短路。此外，Zn//POV 电池在5 A g^-1的电流密度下仍具有206 mAh g^-1 的高容量，在10 000次循环后容量仍为175 mAh g^-1且同时具有高库仑效率（≈99%）。

重要的是，由轻质且柔性的Zn/CNTs负极、POV/CNTs正极与化学交联聚乙烯醇水凝胶电解质组装而成的柔性Zn//POV电池可提供卓越的能量（87.24 Wh kg^-1）和功率密度（141.18 W kg^-1），体现了其在实际应用中的巨大潜力。总之，这些发现揭示了三功能多金属氧酸盐的起源，并将显著推动水性电池的实际发展。

图2. 水系Zn//POV电池的概念验证演示

Triple-Functional Polyoxovanadate Cluster in Regulating Cathode, Anode, and Electrolyte for Tough Aqueous Zinc-Ion Battery, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202671