近期，物理与电子学院白莹团队在水系锌离子电池钒基正极材料晶体工程调控领域取得新进展，相关成果以“Textured Na2V6O16·3H2O cathode tuned via crystal engineering endows aqueous Zn-ion batteries with high-rate capability and adequate lifespan”为题发表于能源领域顶级期刊ACS Energy Letters（影响因子：23.991)。
水系锌离子电池钒基正极材料由于高的比容量而备受关注。然而，在循环过程中，由于由于锌离子与在嵌入钒基正极材料时会存在较强的静电作用力导致副反应的发生进而引发材料退化从而导致倍率性能下降。近日，白莹教授团队在理论预测的指导下，利用晶体工程成功地设计了择优取向的Na2V6O16·3H2O（NVO）正极材料。根据理论计算预测出锌离子在NVO正极材料中可能存在不同的扩散路径，发现直线隧道路径其离子迁移能垒较低。并且利用多物理场模拟方法，得到在锌离子嵌入过程中，活性面强度最高的NVO内部锌离子浓度场分布较为均匀的结果。从电化学分析中表明，NVO作为水系锌离子正极材料具有良好的电化学性能，特别是在较高的电流密度20 A g-1下，其容量为156.9 mAh g-1，同时具有良好的长期循环能力(5000次循环后容量为140.6 mAh g-1，容量保持率为78.5%)，此外在300 mA g-1较小电流密度下循环300周仍然保持了较高的循环保持率，说明NVO正极材料在弱酸性电解液中的溶解性问题得到了有效的改善。本工作所揭示的晶体工程可作为从根本上提高正极材料电化学性能的有效策略，并有望运用到可用于锂、钠、钾等二次可充电电池体系。
河南大学物理与电子学院、河南大学交叉学科高等研究院、河南省新能源材料与器件国际联合实验室为该论文第一署名单位，2021级博士研究生李世佳为第一作者，白莹教授为通讯作者，西安交通大学刘洋洋博士和瑞典查尔莫斯大学(Chalmers Tekniska Högskola)熊仕昭博士为论文的共同通讯作者，中山大学卢侠教授在理论计算方面给予了支持和帮助。该研究工作受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、河南省中原英才计划、河南省高等学校学科创新引智基地、河南省高校科技创新团队支持计划、河南大学杰出青年科研人才培育基金等经费的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01890
面向下一代新型高性能二次离子电池的研究和应用，白莹教授团队长期致力于二次电池关键材料研究及功能界面的构筑，为下一代二次电池的发展提供新策略与新方案。（ACS Energy Letters, 2022, 7, 3770; Advanced Functional Materials, 2022, 2206428; Energy Storage Materials, 2022, 50, 407; Advanced Science, 2022, 2200622; Nano Energy, 2021, 83, 105775）。
