Advanced Energy Materials:残余硒掺杂长效稳定Co3+/Co4+氧化还原对助力长循环、高电压碱性锌电池

Co3+/Co4+氧化还原对潜在的高容量、高电压优势及其依赖于残余掺杂效应的稳定性

在碱性水系锌电池(AZBs)中,相比于Co2+/Co3+氧化还原对,高价态的Co3+/Co4+氧化还原对具有潜在的高容量和高电压。激活并实现Co3+/Co4+氧化还原对的长效稳定工作,有利于取得优异的储锌性能。然而,当前关于Co3+/Co4+氧化还原对在碱性储锌中的研究还比较少,原因在于:1)常规钴氧化物中Co3+/Co4+氧化还原对在较低的操作电压下难于被激活;2)即便被激活,由于偏离平衡态的富Co3+状态难于保持,常导致Co3+/Co4+氧化还原对贡献不明显。采用价态调控策略提升Co3+/Co4+氧化还原对的操作稳定性,是实现其高容量和高电压的潜在解决方案。

基于此,香港城市大学支春义教授、松山湖材料实验室李洪飞副研究员及其研究团队首次将富含高价钴的CoSe2-x正极材料用于AZBs,成功激活了原位产生硒掺杂钴氧化物(CoxOySez)中的Co3+/Co4+氧化还原对。获益于残余硒掺杂效应对CoxOySez中富Co3+状态的稳定作用,所组装的Zn//CoxOySez电池取得了长达10000次的循环寿命及1.9 V的高电压平台,展现出远优于相应低价态钴氧化物的高面积比容量。相关论文在线发表在Adv. Energy Mater.上(DOI:10.1002/aenm.202000892)。

相关工作得到了香港城市大学GRF基金、松山湖材料实验室基金以及广东基础与应用基础研究基金支持。