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新聞網(wǎng)訊 近日，紡織服裝學(xué)院非織造研究院寧新教授團(tuán)隊成員何宏偉、任曉川在柔性水系鋅離子電池（ZIB）領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展，相關(guān)成果以“Cation Defect-Engineered Boost Fast Kinetics of Two-Dimensional Topological Bi₂Se₃ Cathode for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries”為題，在國際頂級期刊Advanced Materials（Adv. Mater., 2023, 2306269）發(fā)表，期刊影響因子29.4。青島大學(xué)為第一完成單位，何宏偉、任曉川與澳大利亞伍倫貢大學(xué)Nana Wang為共同通訊作者，該工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、山東省自然科學(xué)基金，青島大學(xué)科研啟動經(jīng)費等的資助支持。

水系鋅離子電池（ZIBs）的挑戰(zhàn)在于找到合適的正極材料，提供高的容量和快速的離子存儲動力學(xué)。與目前常用的金屬氧化物正極相比，硒化鉍（Bi₂Se₃）拓?fù)浣^緣體具有表面金屬態(tài)帶來的高導(dǎo)電性貢獻(xiàn)、良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢。然而，由于鋅離子電池中二價載流子與正極基體間大的晶格庫侖勢場導(dǎo)致離子輸運能力不足，塊體硒化鉍體相半導(dǎo)體特性造成的電子導(dǎo)電性不高等缺陷，普通硒化鉍正極仍然不能滿足智能可穿戴儲能應(yīng)用中的高載量設(shè)計需求。基于此，本文通過一步水熱法構(gòu)建了具有豐富的鉍陽離子空位二維Cu-Bi_2-xSe₃納米片正極材料。研究顯示，富陽離子空位的Cu-Bi_2-xSe₃納米片（4 nm）因大的表面拓?fù)浣饘賾B(tài)貢獻(xiàn)表現(xiàn)出更高的電子導(dǎo)電性，同時實現(xiàn)了增強(qiáng)的體相導(dǎo)電性，且DFT計算表明，豐富的陽離子空位可以顯著降低鋅離子的輸運能壘，提高載流子的可逆快速存儲。因此，通過此“一石三鳥”的簡單設(shè)計策略，同時提高了Bi₂Se₃正極的離子和電子傳輸能力，從而實現(xiàn)電極材料優(yōu)異的長循環(huán)壽命、大倍率和高載量性能。此外，在固態(tài)纖維鋅離子電池的可穿戴應(yīng)用上，電池表現(xiàn)出高的柔韌性和可編織性，體現(xiàn)其良好的應(yīng)用潛力。