盡管由于固有的低成本和高安全性而具有廣闊的前景，但水系鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用受到正極溶解、電解液寄生副反應(yīng)和金屬負(fù)極枝晶生長等嚴(yán)重相互問題的阻礙。

在此，復(fù)旦大學(xué)晁棟梁研究員、河南大學(xué)趙俊偉教授等人提出了一種三功能策略，即將K₁₀[V^IV₁₆V^V₁₈O₈₂]的多氧釩酸鹽（POV）簇作為有前途的Zn²⁺主體，可同時穩(wěn)定簇正極、水系電解液和金屬Zn負(fù)極。

具體而言，作者通過實(shí)驗(yàn)、分子動力學(xué)模擬和DFT計算的組合研究表明：i）部分來自POV正極的可溶性POV簇通過陽極氧化原位轉(zhuǎn)化為K₂V₆O₁₆·1.5H₂O的不溶性CEI層，可抑制POV正極的溶解并提高容量保持率；ii）在抑制電解液的副反應(yīng)方面，這些簇不僅通過占據(jù)主要的Zn²⁺-6H₂O殼層來調(diào)節(jié)Zn²⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)，而且還捕獲游離H₂O分子以減少H⁺的形成；iii）POV-Zn表面的高吸附能與原位形成的親鋅SEI可抑制鋅負(fù)極的寄生反應(yīng)，從而引導(dǎo)均勻的Zn剝離/電鍍行為并抑制枝晶生長。

圖1. 不溶性CEI層的構(gòu)建過程

因此，采用陽極氧化的Zn//POV電池在0.5 A g^-1的電流密度下可提供327 mAh g^-1 的高容量，并在2000次循環(huán)后保持穩(wěn)定的循環(huán)過程。而沒有陽極氧化的Zn//POV 電池表現(xiàn)出270 mAh g^-1的低初始容量，且在123次循環(huán)后短路。此外，Zn//POV 電池在5 A g^-1的電流密度下仍具有206 mAh g^-1 的高容量，在10 000次循環(huán)后容量仍為175 mAh g^-1且同時具有高庫侖效率（≈99%）。

重要的是，由輕質(zhì)且柔性的Zn/CNTs負(fù)極、POV/CNTs正極與化學(xué)交聯(lián)聚乙烯醇水凝膠電解質(zhì)組裝而成的柔性Zn//POV電池可提供卓越的能量（87.24 Wh kg^-1）和功率密度（141.18 W kg^-1），體現(xiàn)了其在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。總之，這些發(fā)現(xiàn)揭示了三功能多金屬氧酸鹽的起源，并將顯著推動水性電池的實(shí)際發(fā)展。

圖2. 水系Zn//POV電池的概念驗(yàn)證演示

Triple-Functional Polyoxovanadate Cluster in Regulating Cathode, Anode, and Electrolyte for Tough Aqueous Zinc-Ion Battery, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202671