解锁烧绿石型三氧化钨中格罗特斯质子储能机制及其性能强化

为解决高功率水系质子电池中缺乏符合格罗特斯(Grotthuss)拓扑化学的质子存储材料这一难题，研究人员通过构建新型3D隧道结构烧绿石型WO3·0.5H2O（WOH），首次实现"牛顿摆"式质子跳跃传导，并创新性引入微量Ni(II)离子（NWOH）重构氢键网络，将质子传输活化能降至0.08 eV，最终获得100C倍率下71 mAh g?1的可逆容量、500C超快充放电及30,000次循环寿命，与普鲁士蓝正极组装的1.1V全电池在-20~50°C宽温域展现卓越性能。

　　

这项突破性研究揭示了烧绿石型三氧化钨水合物(WOH)中独特的格罗特斯质子传导机制。与传统正交、单斜或六方相钨氧化物不同，这种富含沸石水的立方烧绿石结构如同"牛顿摆"般实现质子跳跃，彻底颠覆了传统"车辆运输"式传导模式。更令人振奋的是，通过微量镍离子(Ni(II))掺杂(NWOH)，晶格中结构水含量显著提升，重构的氢键网络使质子传输活化能骤降至0.08电子伏特(eV)，媲美生物质子通道的效率。

由此开发的电极材料展现出非凡性能：在100C超高倍率下实现71毫安时每克(mAh g^?1)的可逆容量，500C充电仅需7.2秒，循环寿命突破3万次。当与具有相同格罗特斯机制的普鲁士蓝(PBA)正极耦合时，1.1伏特(V)全电池在-20至50摄氏度(°C)的极端环境下仍保持优异性能，这种"质子高速公路"设计为下一代高功率储能器件开辟了新范式。