10月12日，记者从哈尔滨工业大学（深圳）获悉，该校科研团队与中国科学院院士、香港科技大学（广州）教授张统一合作，揭示了CNT/VOOH（碳纳米管/羟基氧化钒）复合电极材料在作为水系锌离子电池正极使用时的化学应变演化过程，为解决水系锌离子电池的失效问题提供了新的思路，有望进一步促进高性能水系锌离子电池正极材料及器件的开发和实际应用。相关成果于近日发表在《能源与环境科学》上。
水系锌离子电池作为一种新兴的电池储能技术，因其具有优异的安全性和环境友好性，成为近年来大规模储能等领域的研究热点，有望成为锂离子电池等电池体系的重要补充，但其商用化应用仍面临容量低、使用寿命短等问题的限制。
哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院助理教授李锴锴介绍，水系锌离子电池循环稳定性与正极材料的力学稳定性密切相关，正极材料在电化学循环过程中因锌离子的周期性脱嵌，造成正极的机械损伤和结构失稳，进而体现为电池疲劳失效、使用寿命缩短。
虽然业界早已认识到电极材料体积变化对电池性能具有重要影响，但目前仍缺少有效方法对电极的体积变化进行定量研究。
针对上述问题，科研团队制备出CNT/VOOH复合电极材料作为水系锌离子电池的正极，并经电化学性能及充放电过程中化学应变系统研究，表明该复合正极材料具有极为优异的倍率性能和循环稳定性。
哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院博士研究生石秀玲介绍，通过在电极制备过程中添加少量石墨，解决原始电极无自然散斑问题，成功对CNT/VOOH正极在电化学循环过程中的化学应变进行了原位、实时、定量表征。
基于此，研究团队进一步构建出电化学-力学耦合模型，并计算得到了锌离子在CNT/VOOH和纯VOOH正极中的表观偏摩尔体积，表明锌离子在CNT/VOOH复合正极中的偏摩尔体积显著小于其在纯VOOH正极中的偏摩尔体积。
哈尔滨工业大学（深圳）材料科学与工程学院教授黄燕表示，研究表明CNT/VOOH复合正极化学应变小是该材料具有优异循环稳定性的根本原因，这对于深入理解水系锌离子电池的力学和化学稳定性具有重要意义。
