可充电电池的电化学性能会受到电池所处工作环境的影响。例如，低温环境常常不利于电池循环稳定性的保持。为了解决这一问题，香港城市大学的支春义教授、南方科技大学刘玮书研究员和中国科学技术大学朱文光教授等将一种拓扑绝缘体用作金属锌电池的正极材料，利用其表面与体相在热学性质和电子学性质上的差异实现了金属锌电池在低温环境中的稳定循环。
本文要点
1) 该工作所报道的水溶液锌离子电池组成如下：Bi2Se3纳米片作为正极材料，金属Zn作为负极材料，含有高浓度盐和乙二醇的抗冻聚丙烯酰胺水凝胶作为电解质。其中五层的Bi2Se3纳米片正极是由体相的Bi2Se3粉末通过水热嵌入反应制备而成，目的是增强拓扑表面态的偶联优势。该准固态水溶液电池表现出异常优异的低温电化学性能，其在-20摄氏度下的可逆比容量甚至高于室温环境下的可逆比容量。
2) 研究人员通过测定Bi2Se3纳米片在低温下的电子电导率和离子扩散性为证实了Bi2Se3纳米片在低温下优异的电极反应动力学是实现卓越低温电化学性能的基础。这与Bi2Se3纳米片的拓扑学特性紧密相关。
3) 研究人员对嵌入Zn2+后的Bi2Se3纳米片正极进行了电化学行为测试、密度泛函理论计算和分子动力学模拟，从理论和实验上揭示并证明了平凡金属态对ZnxBi2Se3的增强贡献。
参考文献
Yuwei Zhao, Yue Lu, Huiping Li, Yongbin Zhu, You Meng, Na Li, Donghong Wang, Feng Jiang, Funian Mo, Changbai Long, Ying Guo, Xinliang Li, Zhaodong Huang, Qing Li, Johnny C. Ho, Jun Fan, Manling Sui, Furong Chen, Wenguang Zhu, Weishu Liu & Chunyi Zhi, Few-layer bismuth selenide cathode for low-temperature quasi-solid-state aqueous zinc metal batteries, Nature Communications, 2022, 13, 752 (2022).
DOI:10.1038/s41467-022-28380-y
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28380-y
