近日，材化学院王疆瑛教授团队在水系锌离子电池正极材料取得重要进展，相关成果以“Potassium Ammonium Vanadate with Rich Oxygen Vacancies for Fast and Highly Stable Zn-Ion Storage”为题发表在国际著名期刊ACS Nano（IF=15. 881）上。材化学院青年教师宗泉为文章的第一作者，中国计量大学为第一通讯单位。

水系锌离子电池由于其具有高比容量、低成本、高安全性和环境友好等优势，在大规模储能领域有着良好的应用前景。正极材料对电池的性能至关重要，其中，钒基化合物由于其元素价态多、层状结构高度可调等特征表现出极大的竞争力。但是，钒基化合物低的本征电导率和缓慢的反应动力学仍然制约着它们的进一步发展。尽管在钒氧层中预插入离子、分子或高分子可以提高材料的电导率和反应动力学，但是预嵌离子通常会降低钒元素的价态，造成容量损失。因此，将层间工程和缺陷工程相结合可以进一步促进电极材料的反应动力学，提升比容量和循环寿命。

在这项研究中，作者设计了钾离子取代NH4V4O10层中部分铵离子并促进氧空位生成的钒酸钾铵正极材料。富氧空位的钒酸钾铵纳米带阵列用于水系锌离子电池正极材料时表现出优异的容量、倍率性能和循环稳定性。实验结果和理论计算表明，氧空位和K+可以优化扩散路径，降低扩散能垒，保证Zn2+的快速和可逆嵌/脱反应。K+取代部分NH4+还可以缓解钒酸铵材料中不可逆的脱铵现象，从而保证整体结构的稳定性。非原位测试结果表明钒酸钾铵的储能机制为可逆的[Zn(H2O)6]2+/Zn2+嵌入/脱出过程，并且没有其他新相产生。这项工作为高性能锌离子电池和其他多价金属离子电池的正极材料设计提供了参考。