最新!青岛大学Zeng, Yu今年第1篇SCI
论论资讯 ｜ 2023-10-27 ｜
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Cation Defect-Engineered Boost Fast Kinetics of Two-Dimensional Topological Bi<sub>2</sub> Se<sub>3</sub> Cathode for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries
Zong Yu; Chen Haichao; Wang Jinsong; Wu Menghua; Chen Yu; Wang Liyu; Huang Xinliang; He Hongwei; Ning Xin; Bai Zhongchao; Wen Wen; Zhu Daming; Ren Xiaochuan; Wang Nana; Dou Shixue
Published：2023-10-26
DOI：10.1002/adma.202306269
研究背景
电池是我们日常生活中不可或缺的能源存储设备，但传统的锂离子电池存在着资源稀缺和环境污染等问题。因此，研究人员正在寻找新型电池材料。其中，水系锌离子电池因其安全性和环保性备受关注。然而，目前水系锌离子电池的一个挑战在于找到合适的正极材料，既要提供高容量，又要具有快速的离子和电子传输动力学。
研究内容
在这篇论文中，研究人员通过一步水热法和铜杂质引入构建了一种二维拓扑材料Bi<sub>2-x</sub>Se<sub>3</sub>正极材料。这种材料的特点在于它具有可接受的空位缺陷，从而提高了离子和电子传输性能。通过密度泛函理论计算，研究人员发现，这种材料具有更高的吸附能和更低的Zn<sup>2+</sup>离子迁移能垒，这表明Cu-Bi<sub>2-x</sub>Se<sub>3</sub>的离子-晶格库仑相互作用减弱。因此，Cu-Bi<sub>2-x</sub>Se<sub>3</sub>表现出更好的离子和电子传输能力，并通过原位同步辐射X射线衍射证明了更多的可逆载体插入。这些特点赋予了Cu-Bi<sub>2-x</sub>Se<sub>3</sub>足够的比容量（在0.1 A g<sup>-1</sup>下为320 mA h g<sup>-1</sup>），高速性能（在10 A g<sup>-1</sup>下为97 mA h g<sup>-1</sup>）和可靠的循环稳定性（在10 A g<sup>-1</sup>下4000次循环后为70 mA h g<sup>-1</sup>）。此外，采用Cu-Bi<sub>2-x</sub>Se<sub>3</sub>正极的准固态纤维状锌离子电池展现出了可观的性能和卓越的柔性，即使在高质量负载下也是如此。
研究意义
这项研究的创新点在于采用离子缺陷设计拓扑绝缘体正极材料，实现了高性能电池电化学。这种材料具有很好的应用前景，可以为水系锌离子电池的发展提供新思路，为环保电池的研究提供新思路。
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