水系锌离子电池（AZIBs）采用水性电解液，具有安全性高、成本低、环境友好等优势。锌金属负极理论容量高（820 mAhg-1）、氧化还原电位低（-0.76Vvs. SHE），且在水相中稳定性良好，使其在大规模储能中具备应用潜力。然而，AZIBs的发展受限于正极材料，尤其是钒基化合物存在的溶解、结构不稳定和离子扩散动力学缓慢等问题，导致容量衰减快、循环寿命短。目前改性策略多集中于材料本身，缺乏对电极—电解质界面作用的系统研究。此外，传统钒基材料合成方法能耗高、流程复杂，制约其规模化制备与应用。

近日，来自电子科技大学广东电子信息工程研究院（简称“电研院”）和东莞市新型储能创新联合体的薛卫东教授团队与中国科学院上海应用物理研究所和江西省科学院能源研究所的研究人员合作，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“In situ electrochemical activation of commercial V2O5 cathodes enabling high-performance aqueous zinc-ion batteries”的研究文章。该研究揭示了V2O5正极的原位电化学活化机理，同时通过电解液设计诱导V2O5向Zn3V2O7(OH)2·2H2O/Na2V6O16·3H2O混合相转变，活化后的正极在1Ag?1下具有264 mAhg?1的高比容量，并且在活性物质负载量高的条件下成功活化正极，制备的软包电池在1Ag?1下具有12.66 mAh的可逆容量。

传统的锌离子电池电解液通常为硫酸锌水溶液，钒基正极在其中面临着严重的溶解、结构坍塌等问题，导致电池容量快速衰减。本研究创新性地在2M ZnSO4电解液中引入了1M Na2SO4作为添加剂，构建了混合电解液（ZSO-Na）。这种设计不仅成本极低，更重要的是起到了“一石二鸟”的作用。一方面，Na+在正极侧参与了新相的构建，另一方面在锌负极表面通过静电屏蔽效应引导锌均匀沉积，有效抑制枝晶生长，同步提升了正负极的稳定性和电池的整体寿命。 

图2. ZSO-Na电解液中活化后正极的结构分析。a) 原位XANES表征过程示意图；b-d) 正极在充放电过程中的XANES结果；e) 正极的非原位XRD图谱。

本研究最核心的发现在于，混合电解液能够在电池最初的充放电循环过程中诱导商业V2O5发生原位电化学重构。通过多种原位/非原位表征手段，研究团队发现该过程最终形成了Zn3V2O7(OH)2·2H2O（ZVO）和Na2V6O16·3H2O（NVO）共存的双相异质结构。其中，NVO相具有更高的比容量并提供了稳定的结构框架，使得活化后的电极在1Ag−1的电流密度下，比容量高达264 mAhg−1。   

图3. V2O5正极在a) ZSO-Na和b) ZSO电解液中浸泡后的光学照片；c–e) ZSO-Na及f–h) ZSO电解液中浸泡后正极表面的SEM图像；i) 正极在ZSO-Na电解液中的原位拉曼光谱；j) V2O5在ZSO电解液中浸泡3天后所得上清液的51V NMR谱；k) 正极在ZSO-Na和ZSO电解液中浸泡14天后的XRD图谱。

钒在电解液中的溶解是导致钒基正极容量衰减的首要原因。本研究通过浸出实验、ICP-OES元素分析及51V NMR核磁测试等多种方法证实，Na2SO4添加剂的引入极大地抑制了V2O5的溶解。其机理在于，溶解出的钒氧基团（VO2(OH)2−）会迅速与电解液中的Na+结合，在正极表面重新沉淀形成稳定的NVO相，从而阻断了钒的持续溶解和流失路径。正是得益于这一机制，电池在经历1500次循环后，容量保持率仍高达78%，远超传统电解液体系（32%）。  

图4. a) 三种钒氧化物的结构模型及形成能；在1 A g−1电流密度下循环500次后，Zn|| V2O5电池在b) ZSO-Na和c) ZSO电解液中的自放电测试结果；d) 不同电解液中电池经过四次自放电测试的库仑效率；e) ZSO-Na电解液中软包电池活化过程的循环性能及f) 充放电曲线；g) 活化后软包电池的长循环性能。

本研究通过原位XANES、原位Raman等先进的表征技术，深度揭示了Zn2+/Na+在充放电过程中的嵌入/脱出行为与价态变化，清晰阐述了双相结构的储能机理。此外，团队成功制备了容量为12.66 mAh的软包电池。测试结果表明，该软包电池在经历100次循环后容量几乎无衰减，充分验证了本策略在实际应用中的巨大潜力和可行性，为大规模储能应用提供了坚实的数据支撑。

电子科技大学在读硕士研究生郑常义为本文的第一作者，电研院特聘教授、东莞市新型储能创新联合体高级专家薛卫东、中国科学院上海应用物理研究所研究员刘瑶、江西省科学院能源研究所副研究员韩飞为本文共同通讯作者。本研究得到东莞市重点领域研发项目—链条式集成攻关项目（20241201300022）、中国科学院百人计划、上海市白玉兰人才计划浦江项目（23PJ1415600）等项目的资助。