可充电Li电池展现了非常高的能量密度，在便携式设备和使用电的行驶工具中展现了广泛的应用（Nature 2008, 451, 652–657.）。但是，难以避免的是Li充电电池的安全性较差，特别是Li电池中的有机电解质非常容易燃烧，有较大危险性。因此，开发其他安全性较高的电池是比较好的选择。在各种金属电极中，Zn电极的应用性较高。Zn电池的还原电势较低（-0.76 V），并且其理论储存能量较高（5845 mAh/cm³, 819 mAh/g）。但是由于Zn²⁺离子带两个正电荷，这导致其插入固体材料的晶格速率较慢，这导致电池的工作效率较低。电化学性质受到Zn²⁺的扩散动力学过程控制。

      此外，溶液式电池的安全性较高，并且溶液型电池的价格较低。溶液型电池同时展现了较高的离子电导率、更低的离子去溶剂化能。但是溶液式电池中，水溶液的电压窗口比其他溶液的电压窗口更低，限制了溶液式电池的能量密度。这种水溶液型Zn电池在网格型能量储存体系中有较好的应用。

      通过控制在固体材料中的扩散路径和配位情况，能够改善Zn²⁺的输运动力学过程。一个较好的方法是在运动路径中引入离子或者分子，从而扩大离子输送路径。固体材料中Zn插入/脱嵌过程的动力学缓慢是造成溶液型Zn电池效率较低的主要原因。沈阳东北大学的孙筱琪总结了最近在提升Zn电池效率方面的相关研究。

本文要点

（1）最近，通过在NH₄V₃O­₈（NVO）层状材料中引入聚（3,4-乙撑二氧噻吩）（PEDOT）实现了对离子迁移路径的扩大，通过控制层间距的大小，实现了提高储存Zn的能力（Chem 2020, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.02.001.）。这种PEDOT-NVO复合材料通过EDOT的聚合并插入到NVO材料的层间实现。层间距由7.8 Å提高到10.8 Å，同时部分V⁵⁺还原为V⁴⁺，并在材料中生成氧空穴。因此，该复合材料的导电能力得以提升，并产生了更高的电化学活性。

（2）电池性能表征。

         在0.2 A/g的条件中，放电容量为290.6 mAh/g，高于本征值174.8 mAh/g。在10 A/g的电流密度条件中进行充放电循环测试发现，在充放电5000次循环后，电化学容量保持为170.7 mAh/g（保持初始值的94.1 %）。通过X射线测试，Raman测试，TEM测试表征了PEDOT-NVO材料在充放电过程中的变化情况。

（3）PEDOT修饰机理。

         这种在层空间修饰PEDOT能够扩展到多种体系中应用，离子，小分子，聚合物等材料都可以通过这种作用扩展离子传输空间。但是一些问题必须注意：插在层空间的组分可能作为插入离子的活性位点，并影响离子的传输动力学过程。因此，这种扩层材料必须充分调节含量、官能团、作用位点结构等性质才能有利于离子传输过程。扩层材料的稳定性对充放电寿命非常关键（比如，长链导电性聚合物和高价离子更难从层空间脱嵌）。此外，由于在材料中占据一定体积和空间，有可能降低本征理论容量和理论能量密度。此外，通过扩层材料作为额外的活性位点，反而能提高理论容量。总之，通过对扩层材料的设计，能够有利于离子的插入/脱嵌过程。

参考文献

Hua-Yu Shi; Xiaoqi Sun*

Interlayer Engineering of Layered Cathode Materials for Advanced Zn Storage

Chem, 2020, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.03.006

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929420301194