2026年6月6日，我院颜学敏教授课题组在水系锌离子电池正极材料领域取得重要进展，相关研究成果以“Interface regulation empowering V2O5-based cathode for high-rate aqueous zinc-ion batteries with ultra-long cycle life”为题，发表于国际知名学术期刊Nano Energy。颜学敏教授和江宇副教授为该论文共同通讯作者，williamhill英国为第一署名单位。
内容简述：
水系锌离子电池因其高安全性、低成本、环境友好等优势，被认为是下一代规模储能系统的重要候选装置。然而，V基正极材料（特别是V2O5）在充放电过程中面临严重的V溶解和[Zn(H2O)6]2+去溶剂化能垒高等瓶颈问题，严重制约了其实际应用。
围绕V基正极材料的界面动力学与结构稳定性难题，该课题组已从人工界面、异质结构、本征掺杂等策略持续开展研究：通过Mn元素掺杂V氧化物正极，改变其电子态结构提升Zn2+存储的动力学参数，成果发表于Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139115)；通过制备富羟基磷酸锌人工正极界面层，降低[Zn(H2O)6]2+在V系正极界面处的去溶剂化能垒，并大幅抑制循环过程中V氧化物正极的溶解，成果发表于Materials Today Energy (https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101624)；通过制备V2O5/VOPO4亲水异质结构，构筑应力缓冲区和内建电场以加速Zn2+扩散，成果发表于Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03316)；通过氟元素掺杂V2O5制备富氧空位的V系正极，构筑本征疏水屏障以削弱水侵蚀、降低去溶剂化能垒，成果发表于Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158472)。
基于上述工作，颜学敏教授课题组提出了一种界面调控策略——在V2O5表面原位引入氟掺杂VOPO4异质结构（VOPF），通过异质界面工程协同优化Zn2+的去溶剂化过程和扩散动力学参数。氟掺杂的界面不仅能促进[Zn(H2O)6]2+的部分脱水以调节界面水结构，还增强了V-O键共价相互作用，从而降低了去溶剂化能垒以及抑制了V溶解；VOPO4内部通道通过氢键网络促进了[Zn(H2O)6]2+的迁移，实现了Zn2+的高效层间嵌入；异质界面工程与F掺杂协同优化了载流子分布，显著提升了材料的电子导电性。电化学性能结果表明，VOPF正极展现出优异的倍率性能和超长循环稳定性：在10 A g-1下循环10000次后容量保持率达76%，在20 A g-1下仍可提供187.1 mAh g-1的比容量。更值得关注的是，基于20 mg cm-2高载量制备的VOPF||Zn软包电池在2 A g-1下实现246.2 mAh g-1，循环500次后容量保持率高达95.2%。
上述研究工作得到了湖北省自然科学基金青年项目（2023AFB334）和国家自然科学基金面上项目（52374029）的资助。
图文摘要：
文章链接：（https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112099）
（审核：肖围 编辑：雷宇）
