水性锌离子电池（AZIBs）由于其成本和安全优势，在规模化储能系统中展现了巨大的潜力。钒氧化物作为典型的正极材料，凭借其高理论容量、晶体多样性优势，逐渐成为正极研究的热点。然而，在传统电极中，电荷传输不平衡引起的浓差极化和固态扩散阻力导致反应动力学缓慢，阻碍了电池的实际能量输出。因此，需要从阴极的电子和离子传输出发，开发具有高能量/功率密度的正极材料。

近日，吉林大学晁单明教授团队联合吉林师范大学冯明教授，中科院长春应化所王颖教授，提出一种集成式的有机混合电子/离子导体（OMEIC），通过空间耦合电荷传输路径，实现电荷（Zn²⁺/e^-）的重新分配和快速传输。通过理论计算和原位电化学技术揭示了其电荷传输机制和本征导电特性。并利用钒氧化物的层间限域，构筑纳米级的双导电路径，增强正极的电荷存储，实现高面积容量与高稳定性能。

首先通过理论计算和原位石英晶体微天平/原位电化学阻抗技术，深入研究了有机混合导体的电荷传输机制和导电特性。结果表明，共轭主链和离子化侧链可分别作为电子导体和离子导体，耦合电荷传输。此外，充放电过程中聚合物质量的变化揭示了其自掺杂行为，伴随着锌离子的配位/解离。同时，不同电压下的导电性研究，为调控正极电子/离子传输性能提供了基础。

进一步通过钒氧化物的限域作用在V₂O₅层间组装混合导电聚合物作为定制阴极（PEDOT–SO₃–ZnVO），电化学分析结果表明阴极具有提升的反应动力学，这归因于更高的电容贡献。进一步研究正极的电荷传输性能，混合导电聚合物的引入大幅度提升正极的电子导电率以及锌离子扩散系数，同时增加活性位点，降低电池阻抗，有利于提升倍率性能和循环稳定性。

最后展示了定制正极在锌离子电池实际应用中的可行性。正极在10mg cm^-2负载下可以提供310/148mAh g^-1（0.2/10 A g^-1）的倍率容量。即使在21 mg cm^-2的传统电极中，可实现6.0 mAh cm^-2的超高面积容量，100次循环的保留率为79.1%。本工作为在时间尺度上研究OMEIC的电荷传输和精确调节功能纳米材料的电化学性能开辟了途径。

Spatially Coupling Electronic–Ionic Transport in Organic Mixed Conductors as Cathodes for Efficient Zn–V Batteries

Meihua Zhu, Rui Gao, Qing Ran, Shen-gen Gong, Qiao Li Shu-Pei Zeng, Houhou Huang, Linglong Hu, Daming Yang, Tianyi Dai, Ying Wang, Danming Chao, Ming Feng

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202425080