第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

在碱性水系锌电池中，相比于Co²⁺/Co³⁺氧化还原对，高价态的Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对具有潜在的高容量和高电压。激活并实现Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对的长效稳定工作，有利于取得优异的储锌性能。然而，当前关于Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对在锌电池中的研究还比较少，原因在于：1）常规钴氧化物中Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对在较低的操作电压下难于被激活；2）即便被激活，由于偏离平衡态的富Co³⁺状态难于保持，常导致Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对贡献不明显。采用价态调控策略提升Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对的操作稳定性，是实现其高容量和高电压的潜在解决方案。基于此，我们首次将富含高价钴的CoSe_2-x正极材料用于碱性水系锌电池，并在其表面原位激活硒掺杂钴氧化物（Co_xO_ySe_z）中的Co³⁺/Co⁴⁺氧化还原对。获益于残余硒掺杂效应对Co_xO_ySe_z中富Co³⁺状态的稳定作用，所组装的Zn//Co_xO_ySe_z电池取得了长达10000次的循环寿命及1.9 V的高电压平台，展现出远优于相应低价态钴氧化物的高面积比容量。该研究表明，原位残余掺杂可作为稳定钴基正极材料中高价态活性氧化还原对行之有效的手段，给其他高价态金属化合物（如硫化物、硒化物）等锌电池正极材料的开发提供了新思路。

锌电池,金属硒化物衍生物,价态调控,长循环寿命,表面原位掺杂效应