低成本、安全、環(huán)保的可充水系鋅離子電池（ZIBs）有望成為可穿戴電子設(shè)備等應(yīng)用領(lǐng)域的下一代儲能設(shè)備。然而，離子傳輸動力學(xué)遲緩以及離子嵌入脫出過程中電極結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定阻礙了其應(yīng)用。

圖1 Bi₂Te₃@PPy的合成過程示意

西班牙加泰羅尼亞研究所Andreu Cabot、哈爾濱工業(yè)大學(xué)田艷紅、王尚、Qing Sun等提出了一種基于層狀金屬硫族化物（LMC）、碲化鉍（Bi₂Te₃）和聚吡咯（PPy）涂層的新型正極材料。

研究發(fā)現(xiàn)，利用PPy涂層的優(yōu)勢，Bi₂Te₃@PPy復(fù)合材料具有很強的離子吸收親和力、高抗氧化性和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，基于 Bi₂Te₃@PPy正極的ZIB具有高容量和超過5000次循環(huán)的超長壽命。即使在彎曲條件下，它們也具有出色的穩(wěn)定性。

圖2 電化學(xué)機制研究

此外，作者還利用原位X射線衍射、X射線光電子能譜和和密度泛函理論（DFT）計算分析了其反應(yīng)機理，并證明在水體系中，Zn²⁺并不像以前假設(shè)的那樣嵌入正極，相反，質(zhì)子電荷儲存在這一過程中占主導(dǎo)地位。總之，這項工作不僅展示了LMC作為ZIB正極材料的巨大潛力和PPy涂層的優(yōu)勢，還闡明了基于LMC的可充電ZIB的充放電機制。

圖3 柔性電池應(yīng)用展示

A Layered Bi2Te3@PPy Cathode for Aqueous Zinc Ion Batteries: Mechanism and Application in Printed Flexible Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202305128