由于金属锌具有高容量，可以作为阳极并使用不可燃水溶液作为电解质，水系锌离子可充电电池在过去几年引起了广泛的关注。特别是，最近的研究表明，以V2O5和其他钒基氧化物作为正极材料，在水锌离子电池中可以实现超过300 mAh g-1容量和数千次循环。尽管钒氧化物具有显著的电化学性能，特别是在大规模应用中，但对锌的插层行为以及水环境下钒氧化物高容量和可逆性的来源仍然严重缺乏深入的了解，而大量的报道关注循环性能。
当阳离子被电化学地插入其晶格时，初始晶相可以转变成另一种晶相。因此，在原子水平上精确地识别相变过程中的相演化是全面理解阳离子插入行为的第一步，并随后在可充电电池中获得更高的存储容量，尽管有时这是具有挑战性的。
韩国科学技术高级研究院Sung-Yoon Chung和国立首尔大学Jang Wook Choi在Nature Communications上发文，利用原位透射显微镜来实时观察阳离子嵌入主体材料。
通过大量使用原子柱分辨扫描透射电子显微镜，作者直接可视化了在水系电解液中，放电时，V2O5中同时插入了水和锌。特别是，当Zn进一步插入时，多个中间相在原子尺度上清晰地成像，显示了相之间的结构拓扑相关性，而这些中间相无法用宏观粉末衍射方法识别。本研究的结果表明，在水充电池中，氧化物阴极的高容量与平滑的多相演化和低的过渡势垒有显著的关系，在充/放电过程中容易的多相转变可能是水系电池中获得高容量和高可逆正极材料的重要条件，一般来说，放电阴极的晶体结构与初始结晶状态完全不同。
图4. 两个投影中的STEM图像来可视化存在的H2O
Byeon, P., Hong, Y., Bae, H.B. et al. Atomic-scale unveiling of multiphase evolution during hydrated Zn-ion insertion in vanadium oxide. Nat Commun 12, 4599 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24700-w
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