水系锌离子电池具有低成本、高安全等优点，在大规模能源储存应用中前景广阔。目前，水系锌离子电池正极材料主要有金属氧化物、导电聚合物、聚阴离子化合物及普鲁士蓝类似物等，较低的能量密度及复杂的储能机理限制了锌离子电池发展。二维层状结构的双氢氧化物（LDHs）因具有良好的电化学活性和较高的放电电压（~1.6 Vvs. Zn²⁺/Zn）被广泛应用于碱性电池中。然而，强碱性电解液可能导致形成绝缘锌枝晶以及环境污染的问题。由于Zn²⁺在层状双氢氧化物表面吸附热力学及材料内部传质动力学受限，此类材料在近中性的水系锌离子电池中难以应用。

东北大学理学院化学系宋禹副教授、刘晓霞教授团队提出“电化学诱导活化”策略，在钴镍双氢氧化物中引入氢空位，改善Zn²⁺在电极表面吸附热力学，加速材料内部电子输运动力学，用于提升双氢氧化物的储锌性能。该材料在1.2 A g^-1的电流密度下具有185 mAh g^-1的高比容量、1.61V的平均放电电压，以及296.2 Wh kg^-1的优秀能量密度，结果优于大多数已报道的水系锌离子电池正极材料。

图1 钴镍双氢氧化物的电化学制备及形貌表征

本文首次将过渡金属基双氢氧化物应用于温和水系锌离子电池。此工作的主要科学发现有：1）电化学诱导活化方法可破坏O-H键，在过渡金属双氢氧化物中引入氢空位；2）氢空位的引入，提升过渡金属基双氢氧化物导电性，改善其阳离子吸附热力学，提供丰富的阳离子嵌入活性位点；3）过渡金属双氢氧化物在弱酸性硫酸锌电解液中经历Zn²⁺/H⁺共嵌入机制。此工作聚焦能源领域前沿问题，为制备高性能、可持续水系锌离子电池提供新机遇。

图2 理论计算表明H空位的引入提升阳离子在电极表面吸附热力学

参考资料：http://neunews.neu.edu.cn/2022/0614/c193a77082/page.htm