宁新教授团队在国际顶级期刊 Advanced Materials上发表高水平研究成果

新闻网讯 近日，纺织服装学院非织造研究院宁新教授团队成员何宏伟、任晓川在柔性水系锌离子电池（ZIB）领域取得重大研究进展，相关成果以“Cation Defect-Engineered Boost Fast Kinetics of Two-Dimensional Topological Bi₂Se₃ Cathode for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries”为题，在国际顶级期刊Advanced Materials（Adv. Mater., 2023, 2306269）发表，期刊影响因子29.4。青岛大学为第一完成单位，何宏伟、任晓川与澳大利亚伍伦贡大学Nana Wang为共同通讯作者，该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金，青岛大学科研启动经费等的资助支持。

水系锌离子电池（ZIBs）的挑战在于找到合适的正极材料，提供高的容量和快速的离子存储动力学。与目前常用的金属氧化物正极相比，硒化铋（Bi₂Se₃）拓扑绝缘体具有表面金属态带来的高导电性贡献、良好的热稳定性等优势。然而，由于锌离子电池中二价载流子与正极基体间大的晶格库仑势场导致离子输运能力不足，块体硒化铋体相半导体特性造成的电子导电性不高等缺陷，普通硒化铋正极仍然不能满足智能可穿戴储能应用中的高载量设计需求。基于此，本文通过一步水热法构建了具有丰富的铋阳离子空位二维Cu-Bi_2-xSe₃纳米片正极材料。研究显示，富阳离子空位的Cu-Bi_2-xSe₃纳米片（4 nm）因大的表面拓扑金属态贡献表现出更高的电子导电性，同时实现了增强的体相导电性，且DFT计算表明，丰富的阳离子空位可以显著降低锌离子的输运能垒，提高载流子的可逆快速存储。因此，通过此“一石三鸟”的简单设计策略，同时提高了Bi₂Se₃正极的离子和电子传输能力，从而实现电极材料优异的长循环寿命、大倍率和高载量性能。此外，在固态纤维锌离子电池的可穿戴应用上，电池表现出高的柔韧性和可编织性，体现其良好的应用潜力。