复旦沈剑锋/叶明新EnSM：25000次循环的高倍率和长寿命锌离子电池！

钒氧化物由于其高电化学性能而成为有前景的锌离子电池（ZIBs）正极材料。然而，其低电导率仍然是进一步利用的主要障碍。即使是传统导电基材的引入也无法在循环过程中保持复合材料的结构稳定性。

复旦大学沈剑锋、叶明新等提出了一种通用策略，通过一步离子嵌入和MXene衍生的水合钒酸盐的相变合理设计异质结构来制造高倍率正极。

首次报道了通过精细控制嵌入离子的类型和水合钒酸盐的不同相变状态，可以实现离子预嵌入V₂CT_x-MXene衍生物。以引入Mn离子为例，嵌入的Mn²⁺作为“支柱”通过化学键连接VO_n双层，形成坚固的层状结构，并诱V⁴⁺离子的形成，从而扩大晶格间距。

此外，水合钒酸盐继承了V₂CT_x的本征电导率，可以加速Zn²⁺的扩散动力学。因此，预嵌入Mn²⁺和内部导电骨架的双重作用可以有效提高Zn²⁺的倍率性能和水合钒酸盐的循环稳定性。

图1. 材料表征

结果，在10 A g^-1的高电流密度下，原位衍生化制备的Mn²⁺嵌入水合钒酸盐和残留V₂CT_x骨架的异质结构杂化物（MVO@VC）正极实现了289.6 mAh g^-1的超稳定容量，在25000次循环后保持了92.9%，优于δ型水合钒酸盐正极和大多数报道的钒基正极。通过进一步调节离子嵌入，Li⁺/Al³⁺预嵌入水合钒酸盐还具有高倍率容量和稳定的循环性能。

这项工作的研究结果证实，来自V₂CT_x-MXene的水合钒酸盐同时离子嵌入是改进或设计用于多价离子电池高性能正极材料的有效方法, 而且可以推广到制备各种MXene衍生物以实现更广泛的应用。

复旦沈剑锋/叶明新EnSM：25000次循环的高倍率和长寿命锌离子电池！

图2. MVO@VC的电化学性能

Ion-intercalation Regulation of MXene-Derived Hydrated Vanadates for High-Rate and Long-Life Zn-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.002

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