东北大学孙筱琪、史华宇团队AFM：基于“呼吸”式晶格调节的钒氧化物正极实现水系锌电池的大载量储能

主要观点总结

本文报道了东北大学孙筱琪、史华宇团队设计的一种聚丙烯酰胺柱撑氧化钒材料（PAM-VO），该材料可应用于水系锌电池的高载量正极。通过PAM的吸水作用，优化了锌离子的固相扩散过程，并缓解高载量条件下的浓差极化。PAM-VO正极具有独特的“呼吸”机制，在不同载量下均表现出良好的电化学性能。该工作实现了高面积容量的软包电池组装。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

层状钒氧化物因高比容量被视为水系锌电池的理想正极材料，但高载量下的性能难以满足实际应用需求。电极动力学限制显著，锌离子在固相晶格内部的扩散能垒高，导致体相传质迟缓。高载量下，电极/电解液界面处锌离子浓度梯度增大，引发严重的浓差极化。

关键观点2: 工作简介

PAM-VO正极的设计利用了聚丙烯酰胺（PAM）的吸水作用，诱导更多水分子进入层间，促进锌离子的固相扩散。同时，PAM可制备成可传导锌离子的凝胶电解质。该文章发表在Advanced Functional Materials上，硕士研究生赵文军和博士研究生姜全伟为本文共同第一作者。

关键观点3: 关键内容表述

PAM的存在使得更多的水分子进入层间，起到电荷屏蔽作用，促进锌离子的固相扩散。此外，聚丙烯酰胺能用于制备可传导锌离子的凝胶电解质。通过一系列表征实验，证明了聚丙烯酰胺的成功插入以及PAM-VO的电化学性能优势。得益于这样的“呼吸”机制，PAM-VO正极在不同载量下均具有高比容量。当载量达到45.4 mg cm -2 时，质量比容量和面积容量分别为385 mAh g -1 及17.5 mAh cm -2 。

关键观点4: 结论

PAM-VO正极独特的“呼吸”机制通过改善锌离子在层间的固相扩散以及在晶界间的传输，解决了水系锌电池正极材料在高载量条件下的电化学性能痛点。实现了高面积容量的软包电池组装。