近日，东北大学理学院化学系宋禹课题组在水系锌离子电池领域研究成果“Iodine-Mediated Defect Engineering of Vanadyl Phosphate Cathodes for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries”发表于材料科学领域顶级期刊Advanced Functional Materials。论文第一作者为理学院2023级硕士研究生林雨来，理学院化学系宋禹副教授为本文通讯作者，东北大学为唯一完成单位。
可充电水系锌离子电池（AZIBs）安全性高，成本低，循环寿命长，在大规模智能电网储能应用中极具潜力。在锌离子电池众多正极材料中，磷酸氧钒（VOPO4）放电电压高，有望提供更大的能量密度。然而，VOPO4的电导率相对较低，且Zn2+与宿主材料之间存在较强的静电相互作用，使得VOPO4在充放电过程中反应动力学缓慢，限制了其在AZIBs中的实际应用。在VOPO4电极材料中实现高效电子转移和离子扩散是科学界面临的巨大挑战。
鉴于此，宋禹课题组提出了一种全新的“碘介导刻蚀法”用于调控VOPO4纳米片内部的离子/电子传递。该方法通过碘单质与材料中结构水的歧化反应，在纳米片结构中引入了晶体缺陷。此外，碘歧化的产物被巧妙地二次利用，作为还原剂在[VO6]单元中引入了氧空位。在此基础上，通过简单地调控刻蚀时间，制备了具有不同缺陷密度的VOP-I4和VOP-I8电极。其中，VOP-I4在0.2 A g-1电流密度下实现了249 mAh g-1的高质量比容量和300 Wh kg-1的高能量密度。这些性能优于众多已报道的VOPO4电极材料。
实验结果与理论计算表明，适量的晶体缺陷可以作为容纳Zn2+/H+离子的活性位点，促进离子迁移，提供更高的容量；而引入氧空位可以调节材料的电子结构，提高其电导率，进而提高磷酸氧钒的电化学性能。然而，过量的缺陷会导致结构非晶化及粉化，阻碍了离子在材料内的迁移。因此，具有适量缺陷的VOP-I4兼具良好的电子转移能力和快速的离子迁移能力，表现出优越的电化学性能。
此项科研成果为制备高性能磷酸氧钒电极材料提供了新方法，所提出的“碘介导蚀刻方法”可进一步应用于制备其他金属氧化物和聚阴离子化合物，为发展高性能电化学储能器件（如锂离子电池、超级电容器、水系电池等）提供新思路。我校分析测试中心为本工作材料结构解析提供重要支撑。
