自然资源枯竭和环境污染使人们对可再次生产的能源和储能技术产生了迫切需求。目前，由于安全性、成本和生产复杂性等缺陷，锂离子电池（LIBs）的发展受到严重制约。鉴于锂离子电池中有机电解质有几率存在的安全问题，人们认为转向水基替代品是明智之举。其中，ZIB 因其理论比容量大（820 mA h g-1 和 5855 mA h cm-3）、氧化还原电位低（-0.762 V，相对于标准氢电极）而非常关注。尽管ZIBs具有这些优点，但由于缺乏合适的正极材料，其电池循环寿命和速率性能较差，因此ZIBs的开发仍处于早期阶段，具有挑战性。在这方面，大量工作已转向开发ZIBs的正极材料，大多分布在在层状和隧道材料上，包括钒基化合物、锰基氧化物、普鲁士蓝类似物。然而，由于正极与二价 Zn2+ 载流子之间强烈的静电作用导致缓慢的插入/萃取动力学，及结构稳定性不足引起的电极降解，上述主流 ZIB 正极材料的性能一直难以令人满意。水性锌离子电池（ZIBs）面临的挑战在于怎么样找到合适的正极材料，以提供高容量和快速动力学。

  在此，来自青岛大学和澳大利亚伍伦贡大学的学者通过一步水热法和引入铜杂原子，构建了具有可接受铋空位的二维拓扑Bi2Se3（Cu-Bi2-xSe3），用于锌离子电池正极。阳离子缺失的 Cu-Bi2-xSe3 纳米片（≈4 nm）因表面拓扑金属态贡献大而提高了导电性，并增强了体导电性。此外，密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu-Bi2-xSe3 的吸附能增加，Zn2+ 迁移势垒降低，这说明 Cu-Bi2-xSe3的库仑离子-晶格排斥降低了。因此，Cu-Bi2-xSe3表现出更强的离子和电子传输能力，原位同步辐射 X 射线衍射（SXRD）也证明了这一点，因此导致更多载流子的可逆插入。这些特性赋予了 Cu-Bi2-xSe3 足够的比容量（0.1 A g-1 时为 320 mA h g-1）、高速率性能（10 A g-1 时为 97 mA h g-1）和可靠的循环稳定性（4000 次循环后，10 A g-1 时为 70 mA h g-1）。此外，采用 Cu-Bi2-xSe3正极的准固态纤维状 ZIB 即使在高负载情况下也能表现出良好的性能和卓越的灵活性。这项研究在拓扑绝缘体正极中实现了以阳离子缺陷设计为代表的概念创新策略，以此来实现了高性能电池电化学。相关工作以题为“Cation Defect-Engineered Boost Fast Kinetics of Two-Dimensional Topological Bi2Se3 Cathode for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries”的研究性文章发表在Advanced Materials。

  图 6. a) 在 0.05 A g-1 的条件下，固态纤维状 Cu-Bi2-xSe3/Zn 电池的循环性能；插图为制备的纤维状电池示意图。b) 不同循环次数下纤维状柔性电池的静电充放电曲线°弯曲状态下纤维状柔性电池的容量保持率。

  综上所述，本研究基于简单的一步水热法结合缺陷工程策略，成功合成了具有可接受铋空位的二维拓扑 Cu-Bi2-xSe3，用于高性能ZIBs 正极（Cu-Bi2-xSe3）。超薄厚度的 Cu-Bi2-xSe3 纳米片显示出较大的表面拓扑金属态贡献率，并通过优化电子结构提高了体电导率。DFT 计算共振证明，Cu-Bi2-xSe3的吸附能明显提高，Zn2+ 迁移势垒降低，这表明 Cu-Bi2-xSe3 与 Zn2+载流子的库仑离子-晶格排斥得到了缓解。因此，在协同效应的基础上，Cu-Bi2-xSe3 正极既增强了离子和电子的传输能力，又实现了大量载流子的插入。制备的 Cu-Bi2-xSe3 在比容量、速率性能和循环稳定性方面的表现明显优于纯 Bi2Se3 正极。令人印象非常深刻的是，大质量负载 Cu-Bi2-xSe3 正极的准固态纤维状ZIB 具有卓越的性能和优越的灵活性，这表明它在柔性储能器件中具有巨大的潜力。（文：SSC）

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