可充电水系锌离子电池是一种低成本、安全、环保的电池技术，然而由于Zn²⁺的吸附和迁移能垒较高，导致其动力学比较缓慢，使得正极材料的选择有限。

近日，中科院上海应用物理研究所Daming Zhu报道了首次展示了一种可逆Zn/ Bi₂Se₃温和水溶液体系，首次合成了厚度均匀（5 nm）、在环境条件下具有良好稳定性的Bi2Se3纳米薄片(TBSNs)，并首次将其作为水系ZIB正极。

文章要点

1）所制得的TBSNs正极在0.1 A g⁻¹下具有263.2 mA h g⁻¹的高比容量，在10 A g⁻¹下仍具有100.6 mA h g⁻¹的强劲倍率性能，并具有较长的使用寿命（1000次循环后的保持率为82.3%）。

2）原位同步辐射X射线衍射，揭示了TBSNs正极中质子和Zn²⁺离子顺序可逆的插入/提取过程，同时质子/Zn²⁺双载流子共插入/提取机制是水系ZIB具有高容量和高倍率性能的重要原因。

3）密度泛函理论（DFT）计算证实了质子的低吸附能和优先嵌入，通过弱化库仑离子-晶格相互作用，进一步优化了Zn²⁺在TBSNs中的吸附和迁移能力。

这种新型的Bi₂Se₃正极为开发高性能水系ZIB提供了一个极有前途的选择。

参考文献

Lei Peng ,  Xiaochuan Ren ,  Zhaofeng Liang ,  Yuanhe Sun , Yuanxin Zhao , Jiaqian Zhang , Zeying Yao , Zhiguo Ren , Zhao Li , Juan Wang , Beien Zhu , Yi Gao , Wen Wen , Yaobo Huang , Xiaolong Li , Renzhong T ai , Ke Yang , Daming Zhu , Reversible proton co-intercalation boosting zinc-ion adsorption and migration abilities in bismuth selenide nanoplates for advanced aqueous batteries, Energy Storage Materials (2021)

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.015

DOI：10.1016/j.ensm.2021.07.015