Nano Res.[能源]│兰州大学杜鹏程团队 :基于双极性聚合物-石墨烯正极的高效自充电水系锌离子电池

背景介绍

水系锌离子电池因具备安全性高、成本低、环境友好等优势，被认为是极具潜力的下一代储能技术。然而，传统无机正极材料在循环过程中易发生结构坍塌，导致容量衰减；而有机正极材料虽具有理论容量高、结构可设计性强等特点，但普遍存在导电性差、循环稳定性不足等问题。此外，如何利用环境中的氧气实现电池的自充电功能，从而构建自充电储能系统，是当前研究的重要方向之一。开发兼具高性能与自充电能力的有机正极材料，对推动锌离子电池的实际应用具有重要意义。

成果简介

近日，兰州大学杜鹏程课题组在Nano Research期刊发表研究论文，通过原位聚合法在氧化石墨烯表面制备了双极型聚合物-石墨烯复合正极材料（PDAN‑rGO）。该材料结合了石墨烯的高导电性与聚合物的双极氧化还原活性，实现了Zn²⁺与CF₃SO₃^–的双离子存储机制，表现出优异的电化学性能：在0.1 A g^-1电流密度下可提供162.67 mAh g^-1的高可逆容量，在20 A g^-1高倍率下仍保持101.12 mAh g^-1的容量，并且在10,000次循环后容量保持率达89.18%。更突出的是，该正极材料具有热力学有利的氧化还原电位，能够被空气中的氧气自发氧化，从而实现高效的自充电功能。电池在无外接电源的情况下，开路电压可达1.25 V，并能恢复95.2%的容量。该工作为开发高性能、可自充电的水系锌离子电池提供了一种有效的正极设计与系统构建策略。

图文导读

PDAN-rGO复合材料在水系锌离子电池中的电荷存储与自充电机制示意图。

作者简介

杜鹏程，兰州大学副教授，硕士生导师。研究方向聚焦于功能高分子材料设计合成及其在能源存储与转换领域中的应用，重点开展高性能水系电池关键材料与器件的开发。近年来，主持及参与多项国家级、省部级科研项目，以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Nano Res.、Chem. Eng. J. 等国际权威期刊发表论文30余篇。

文章信息

Mi Y, Yang S, Guo S, et al. Bipolar polymer-graphene composite cathodes for high-performance aqueous zinc-ion batteries with efficient self-charging capability. Nano Research, 2026, https://doi.org/10.26599/NR.2026.94908674