近日，材化學院王疆瑛教授團隊在水系鋅離子電池正極材料取得重要進展，相關成果以“Potassium Ammonium Vanadate with Rich Oxygen Vacancies for Fast and Highly Stable Zn-Ion Storage”為題發表在國際著名期刊ACS Nano（IF=15. 881）上。材化學院青年教師宗泉為文章的第一作者，中國計量大學為第一通訊單位。
水系鋅離子電池由于其具有高比容量、低成本、高安全性和環境友好等優勢，在大規模儲能領域有著良好的應用前景。正極材料對電池的性能至關重要，其中，釩基化合物由于其元素價態多、層狀結構高度可調等特征表現出極大的競爭力。但是，釩基化合物低的本征電導率和緩慢的反應動力學仍然制約著它們的進一步發展。盡管在釩氧層中預插入離子、分子或高分子可以提高材料的電導率和反應動力學，但是預嵌離子通常會降低釩元素的價態，造成容量損失。因此，將層間工程和缺陷工程相結合可以進一步促進電極材料的反應動力學，提升比容量和循環壽命。
在這項研究中，作者設計了鉀離子取代NH4V4O10層中部分銨離子并促進氧空位生成的釩酸鉀銨正極材料。富氧空位的釩酸鉀銨納米帶陣列用于水系鋅離子電池正極材料時表現出優異的容量、倍率性能和循環穩定性。實驗結果和理論計算表明，氧空位和K+可以優化擴散路徑，降低擴散能壘，保證Zn2+的快速和可逆嵌/脫反應。K+取代部分NH4+還可以緩解釩酸銨材料中不可逆的脫銨現象，從而保證整體結構的穩定性。非原位測試結果表明釩酸鉀銨的儲能機制為可逆的[Zn(H2O)6]2+/Zn2+嵌入/脫出過程，并且沒有其他新相產生。這項工作為高性能鋅離子電池和其他多價金屬離子電池的正極材料設計提供了參考。
