令人振奋的是,北京航空航天大学材料科学与工程学院,杨树斌课题组借助于原位X射线衍射,球差电镜,X射线吸收谱,拉曼光谱等测试表征手段,发现化学计量的岩盐结构的氮化钒(VN 0.9 O 0.15)在首次充电时发生转化反应,氮化钒中高价阴离子氮(N3-)部分被低价氧(O2-)取代,产生阴离子无序的而且具有大量空位/缺陷的岩盐结构材料。 这种具有大量空位/缺陷的无序岩盐结构极大地促进了锌离子的储存和扩散。从而实现在0.2C下具有603mAh/g的高可逆比容量,在600C(对应的电流密度为102.4 A /g)的高倍率下可逆容量仍有124mAh/g。
与此同时,这种解锁锌离子储存的策略具有广泛的普适性,对于碳化钒(VC)和二硅化钒(VSi 2)等具有不同晶体结构的材料也同样适用。可以预料,这种解锁策略可以进一步用于不同价态的离子储存,特别是多价离子储存。相关论文以“Unlocking the Potential of Disordered Rocksalts for Aqueous Zinc‐Ion Batteries”为题,在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201904369)上。
可充电水系锌离子电池(ZIBs)具有成本低、运行安全性高、环境友好等优点,在大规模储能系统的应用上具备明显的潜力。锌具有最低的电化学势(-0.76V vs SHE),体积能量密度是金属锂的3倍,并且在地壳中储量丰富、环境友好,因此锌是一种理想的负极材料。与锂离子电池相比,水体系工作的锌离子电池具有更高的安全性及更低的成本,适用于大规模能量存储领域。但是,锌负极在循环充放电的过程中比金属锂更易形成枝晶,电池短路的风险极大,因此目前实际应用的锌离子电池都是单次使用的一次电池,而非像我们手机使用的可循环充放的锂离子电池。