锌离子水电池是锂离子电池的一种低成本、安全的替代品，具有很高的理论容量。然而，阴极材料有限的电化学性能和阳极上锌枝晶的生长降低了锌离子水电池的能量密度和循环寿命，此外，析氢、腐蚀等问题，限制了电池的循环寿命，影响了其产业化进程。要开发出更好的水性锌离子电池，设计高能量密度的阴极和抑制锌枝晶的生长非常重要。
一个研究小组利用弱磁场和一种新型 VS2 材料开发出了一种先进的锌离子水电池，该电池的循环寿命更长。这一突破解决了锌枝晶生长和阴极材料限制的难题。资料来源：毛云杰
中国科学院合肥物质科学研究院（HFIPS）由赵邦川教授领导的研究团队开发出了一种在弱磁场中具有超长循环寿命的高性能水溶锌离子电池。该研究成果最近发表在《材料地平线》（Materials Horizons）杂志上。
Zn-VS2 AZIB 的示意图和电化学性能。(b) 富空位 Zn-VS 2 AZIB 的超长循环性能。(c) 与其他阴极相比，富空位 VS2 的 Ragone 图。(d) 由 Zn-VS2 电池供电的 LED 灯的光学照片。资料来源：毛云杰
在这项研究中，研究小组克服了现有阴极材料的局限性和锌枝晶的生长问题。他们采用一步水热法和原位电化学缺陷工程来制造 VS2 材料。这种材料具有丰富的缺陷，能有效减少锌离子与 VS2 之间的静电作用。它允许 Zn2+ 沿 ab 平面和 c 轴进行三维传输，因而具有出色的速率能力。
虽然由于枝晶的生长，循环稳定性仍然是一个问题，但研究小组发现，引入外部磁场可以抑制枝晶的生长，并显著提高电池的使用寿命。在弱磁场下工作的高性能 Zn-VS2 电池显示出超长的循环寿命，并提供了高能量密度和功率密度。
研究小组表示，这项工作可能会对未来的储能技术产生重大影响。
首先，该高性能水系锌离子电池在能源存储领域具有巨大潜力。其超长循环寿命和高能量密度使其成为可再生能源的理想储存解决方案。这种电池可以应用于电网储能系统、电动车辆和家庭能源存储等领域，提供可靠的能源供应和更持久的电池寿命。
其次，该研究对于解决锌离子电池的困境具有启示意义。通过利用一步水热法和原位电化学缺陷工程，研究人员成功设计了具有高倍率性能的VS2阴极材料，并通过外部磁场抑制了锌枝晶生长。这为其他离子电池系统的研发提供了新的思路和策略，有望改善其电化学性能和循环寿命。
此外，水系锌离子电池作为一种低成本、环境友好的能源存储技术，还可以促进可持续发展和能源转型。相比于传统的锂离子电池，水系锌离子电池使用更广泛的材料资源，具有更低的成本和更高的安全性。这将为大规模应用和推广提供更可行的选择，有助于减少对有限资源的依赖并减少对环境的负面影响。
尽管这项研究取得了重要的突破，但仍面临一些挑战。例如，如何进一步提高水系锌离子电池的能量密度和循环寿命，以及如何解决锌枝晶生长等问题，都需要进一步的研究和创新。此外，电池的制造成本和可扩展性也需要考虑，以实现商业化生产和大规模应用。
总体而言，这项具有超长循环寿命的高性能水系锌离子电池的研发为能源存储技术领域带来了新的突破。通过克服锌枝晶生长和限制性阴极材料等挑战，该研究为水系锌离子电池的发展提供了重要的指导和启示。随着进一步研究的推进，我们可以期待看到这种技术在可再生能源和能源存储领域的广泛应用，为实现清洁能源和可持续发展做出更大的贡献。
Demi Xia编译
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