Angew. Chem. :调控光诱导质子传输路径助力超高稳定性的光辅助水系锌离子电池

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光辅助离子电池中光伏效应和储能机制的协同作用使其在光照下获得显著而全面的性能增强,包括容量提升、输出电压平台升高、光溢出效应和光充电能力等。然而,由于复杂的电荷/离子转移机制,光辅助电池在光照下的性能提升通常伴随着容量的快速衰减。此前的光辅助离子电池展现出较差的光稳定性。


东南大学的阮秋实、孙正明教授、陶立教授合作,揭示了光诱导质子传输(photo-induced Proton Transfer)机制在V2O5基光辅助锌离子电池充放电过程中的重要角色。V2O5中的光诱导质子嵌入是光照下电池容量提升的重要因素之一,然而质子在嵌入脱出过程中引起的V2O5表面微环境的剧烈变化是光照下容量不稳定性的主要原因。基于此,调控光诱导质子传输路径可获得具有超长光稳定性的光辅助锌离子电池。



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光照下,V2O5发生光诱导质子-电子耦合嵌入,质子的嵌入行为发生在大约100ps,是锌离子嵌入速度的10倍以上。因而,大幅提高了光辅助锌离子电池的容量。

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然而光诱导质子嵌入使V2O5表面微环境的质子浓度剧烈下降,产生无活性的碱式钒酸锌(Zn3V2O7(OH)2·2H2O)副产物。嵌入的质子在充电过程中又会被释放到电解液中,与锌电极反应,如此往复,不断破坏V2O5电极与锌电极,因此,光照给予锌离子电池容量提升的同时,严重危害了其稳定性。通过锌电极合金化策略阻碍光诱导嵌入/脱出质子的消耗,使光诱导嵌入的质子能够在充放电过程中循环利用,实现了稳定的光辅助离子电池。

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该工作揭示了光辅助锌离子电池中的光诱导质子转移机制(photo-induced PT),兼顾了光照下锌离子电池的容量提升与超长稳定性,为开发长循环寿命的光辅助离子电池开辟了新途径。

文信息

Highly Stable Photo-Assisted Zinc-Ion Batteries via Regulated Photo-Induced Proton Transfer

Wenwen Zha, Qiushi Ruan, Long Ma, Meng Liu, Huiwen Lin, Litao Sun, ZhengMing Sun, Li Tao


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202400621



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