水系鋅電池（AZBs）因其成本低、安全性高，被認(rèn)為是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)中最有前途的候選電池技術(shù)。然而，目前開發(fā)的AZBs正極往往受到多價(jià)離子和復(fù)雜多相電化學(xué)的強(qiáng)烈電荷排斥，導(dǎo)致循環(huán)壽命不足、不切實(shí)際的高斜率放電剖面等缺點(diǎn)。

在此，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所邰仁忠、李曉龍、朱大明等人展示了以超薄Bi₂O₂Se納米片 (BOSN) 作為正極材料的質(zhì)子主導(dǎo)的AZBs。O^2-和Se^2-的協(xié)同組合可以提高弱酸性電解液中對(duì)質(zhì)子的親和力和電極穩(wěn)定性。

由于質(zhì)子的超小尺寸，這種以質(zhì)子為主的正極提供了一個(gè)超平坦的放電平臺(tái)（72% 的容量比例），并且在1 A g^-1的條件下2300 次循環(huán)后表現(xiàn)出90.64% 的長(zhǎng)期循環(huán)能力。

圖1. AZBs中BOSN正極的電化學(xué)性能

進(jìn)一步的原位同步加速器 XRD、異位XPS表征和DFT計(jì)算證實(shí)了關(guān)于高度可逆質(zhì)子插入/提取過程的能量存儲(chǔ)機(jī)制。

受益于質(zhì)子主導(dǎo)的快速動(dòng)力學(xué)，即使在?5 °C的結(jié)冰條件下，電池的低溫性能也達(dá)到了84 mA h g^-1，并且可以穩(wěn)定工作到?15°C，平臺(tái)容量比例為81.5%。這項(xiàng)工作為 AZBs 的高性能電極材料提供了潛在的設(shè)計(jì)。

圖2. BOSN 電極電荷存儲(chǔ)機(jī)制的研究

Proton-Dominated Reversible Aqueous Zinc Batteries with an Ultraflat Long Discharge Plateau, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c04636