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水性可充電鋅離子電池（ARZIBs）由于水性電解質和鋅金屬負極的優越安全性和低成本，是一種有前途的下一代儲能裝置。然而，由于缺乏能夠提供輕質和緊湊尺寸的具有高體積容量的合適正極其發展受到了阻礙。

在此，東南大學徐峰&清華董巖皓&哈爾濱工程大學朱凱等人報道了一種基于摻雜有過渡金屬Ru的非晶Se的新型正極化學，該化學減輕了Se正極和水性電解質之間的副反應產生的電阻表面層。這種改進可以允許在該系統中具有高的體積容量。與Se||Zn電池中Se和ZnSe之間的傳統轉換機制不同，該策略在Ru摻雜的非晶Se||Zn-半電池中實現了同步質子和Zn²⁺的嵌入/脫嵌。

此外，該系統中Zn²⁺沉積/剝離過程有助于這種新型正極化學的優異電化學性能。因此，發現Ru摻雜的非晶Se||Zn半電池提供了721 mAh g^?1/3472 mAh cm^?3的創紀錄的高容量，以及超過800次循環的優異循環穩定性，每次循環只有0.015%的容量衰減。

圖1. 電池性能

總之，該工作探索了一種正極化學方法，可以實現高性能的水系Zn||Ru摻雜非晶Se電池。DFT計算表明，通過將過渡金屬摻雜與非晶化工程相結合，可以提高正極動力學，從根本上避免表面鈍化和電壓極化。結果表明，合成的a-Ru_0.14Se正極的容量為721 mAh g^-1/3472 mAh cm^-3，具有800次循環的長循環穩定性，容量保持率為88.12%。

實驗表明，鋅(Zn²⁺+ 2e^–→Zn)的沉積反應對獲得高容量和長循環壽命起著關鍵作用。因此，該研究將為研究Zn||Se水系電池提供新的視角。此外，所提出的設計原理可以擴展到硫族其他元素材料的高效儲能裝置。

圖2.作用機制

Activating Selenium Cathode Chemistry for Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Materials 2023 DOI:10.1002/adma.202306580

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徐峰/董巖皓/朱凱AM：硒正極活化助力水系鋅離子電池

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