​三单位联合AM：用于高容量和长寿命水系锌离子电池的钙掺杂VO2正极

非晶态过渡金属氧化物因其丰富的不饱和悬键而具有潜在的理想电化学特性，因此在储能设备中备受关注。然而，非晶化进一步扩大了金属氧化物内在电子导电性差的缺点，这导致其倍率能力和功率密度不能令人满意。

图1 材料制备及表征

中科院苏州纳米所张其冲、李清文、东南大学王春雷、新加坡南洋理工大学Lei Wei等通过对钙掺杂的VO₂纳米阵列进行原位电化学氧化，成功制备出自支撑的非晶态钙掺杂V₂O₅（a-Ca-V₂O₅）正极，并用于可穿式水系锌离子电池（WAZIBs）。研究显示，钙的掺入和自支撑结构的构建有效地发掘了非晶态V₂O₅的潜力，使其能够充分利用丰富的活性位点实现高容积容量，同时实现快速反应动力学以获得优异的倍率性能。

图2 不同电极的电化学性能对比

更重要的是，理论计算显示，Ca的引入可显著降低VO₂的形成能，并在充放电过程中实现非晶到晶体的可逆转换化学反应，从而促进了a-Ca-V₂O₅的可逆容量。得益于上述优势，组装的柔性水系锌离子电池在电流密度为0.1 A cm^-3的情况下实现了597.22 mAh cm^-3的超高容量和408.37 mWh cm^-3的惊人能量密度。

总体而言，这项工作为设计具有良好反应动力学和结构稳定性的柔性非晶态氧化钒正极开辟了一条有效途径，可用于下一代可穿戴式水系锌离子电池。

图3 柔性水系锌离子电池的性能

Emerging Amorphous to Crystalline Conversion Chemistry in Ca-Doped VO2 Cathodes for High-Capacity and Long-term Wearable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.20230390