中国科学技术大学宋礼教授团队最近发表了一项具有重大意义的研究成果。他们基于插层型锌离子电池正极材料的同步辐射谱学表征，提出了插层剂诱导轨道占据的概念，并成功开发出了具有快速充电性能的铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料。
据介绍，钒酸盐复合物是一种重要的锂离子电池正极材料，但其电化学性能与结构之间的关系一直未被充分理解。宋礼教授团队针对这一问题，运用同步辐射技术，研究插入钒酸盐层间的插层剂对电极材料性能的影响。
在探究过程中，团队发现插层剂对轨道占据产生了显著的影响。通过对锰酸盐和钒酸盐材料的研究，他们成功提出了一种新的轨道占据模型，快速构筑出铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料，并成功验证了其快速充电性能。
该研究成果近日发表于国际学术期刊《美国科学院院刊》上，引起了广泛的关注。
这一成果不仅为揭示钒酸盐复合物与插层剂性能之间的关系提供了一种新的理解，同时为插层型离子电池正极材料的设计和制备提供了全新的思路。
科研人员发挥同步辐射光源综合性实验平台的优势，结合多种原位与非原位同步辐射谱学实验技术，深入揭示了铵根离子插层，以及充放电过程中的可逆演变规律。
研究发现，铵根离子插层在很大程度上诱发了钒—氧键的结构畸变，进一步导致电子结构的重排，促使轨道中空态的占据。这种轨道占据极大地提高了材料的电导率，联合铵根离子插层后拓宽的层间距，从而显著加速了锌离子的转移，实现了锌离子电池的超高倍率性能。测试结果表明，在电流密度为 200 倍率时，铵根插层五氧化二钒正极材料的比容量仍维持在 101.0 毫安时每克，且充电时间仅需 18 秒。
该项成果的发现对于快速储能设备的研发来说至关重要。目前，锂离子电池等储能设备通常存在充电时间长、寿命短等问题。随着人们生活水平的不断提高，对于快速充电设备的需求也越来越迫切。此项新研究的成果将为快速充电设备的研发提供更加可靠的技术支持，为未来的科技发展奠定坚实的基础。
