南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生張寧針對(duì)“水系鋅離子”電池設(shè)計(jì)出全新正極材料及電解液，首次將陽(yáng)離子缺陷型鋅錳氧化物(ZnMn2O4)用于正極，并使用高濃度大陰離子電解液三氟甲烷磺酸鋅(Zn(CF3SO3)2)，使鋅離子電池效能、安全性、穩(wěn)定性等均有大幅提升和改進(jìn)。

據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)不斷探索優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，利用低溫溶液法成功合成陽(yáng)離子缺陷型ZnMn2O4用作正極。該材料尺寸約為15nm，具有豐富的陽(yáng)離子缺陷。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)，利于提升Zn離子在尖晶石結(jié)構(gòu)中的脫嵌動(dòng)力學(xué)，可逆容量達(dá)到150mAh/g，實(shí)現(xiàn)Zn的有效儲(chǔ)存，大大提升鋅離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500次后，容量保持率高達(dá)94%。此外，團(tuán)隊(duì)對(duì)比硫酸鋅(ZnSO4)、硝酸鋅(Zn(NO3)2)、氯化鋅(ZnCl2)和三氟甲烷磺酸鋅(Zn(CF3SO3)2)4種電解液發(fā)現(xiàn)，三氟甲烷磺酸鋅作為大陰離子結(jié)構(gòu)的電解液，具備良好的鋅離子沉積、析出動(dòng)力學(xué)，100%庫(kù)倫效率即可實(shí)現(xiàn)快速充電且能量“零浪費(fèi)”。同時(shí)，張寧進(jìn)一步研究不同電解液濃度對(duì)電化學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)，高濃的電解液可以有效減少Zn離子的溶劑化效應(yīng)，降低水分解等副反應(yīng)，可提高電池體系穩(wěn)定性。