探究Co3O4薄膜在水系锌离子电池应用中的离子动力学、结构变化及其能量存储性能的提升

《The Journal of Physical Chemistry Letters》：Probing the Ion Dynamics, Structural Changes, and Enhanced Energy Storage of Co3O4 Thin Films for Aqueous Zinc-Ion Battery Applications

水系锌离子电池研究中采用射频溅射法制备了纳米结构尖晶石Co3O4薄膜电极，其在50 mA/g电流密度下循环4000次后仍保持高容量和结构稳定性，XPS和SEM表征证实了晶体结构保留及可逆Zn2+插层机制。

　　

近期，水基锌离子电池（AZIBs）因更安全、更经济且更环保而受到关注。然而，为了实现长期应用，需要高性能的负极材料及其相应的制备原理。本研究探讨了基于纳米结构的尖晶石型金属氧化物Co₃O₄薄膜作为薄膜型全固态AZIBs的负极材料，该薄膜是通过射频（RF）溅射技术制备的。经过特殊处理的Co₃O₄薄膜电极无需添加粘合剂或其他添加剂，表现出优异的电化学性能：在50 mA/g的高电流密度下循环4000次后仍保持显著的循环稳定性，并且容量损失很小，结构也没有明显退化。此外，尖晶石框架有助于Zn²⁺在长时间循环过程中的有效扩散。通过500次循环后的全面体外表征研究（包括X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析），我们验证了Co₃O₄晶体结构在循环过程中的稳定性，以及Zn²⁺的可逆插入/提取机制。优化后的薄膜不仅具有较高的比容量，还具备出色的循环稳定性。这项工作为下一代薄膜型水基锌离子电池的发展提供了一条有前景的途径，有望实现更加可靠的性能。