香港城大/过程所ACS Nano：重构氧化钒实现耐用且快速的水系钾离子电池

水系钾离子电池因其优异的性能和在便携式和电网规模应用的安全、低成本存储方面的内在优势而受到长期追捧。然而，钾离子电池化学面临的问题是差循环稳定性和倍率性能，这是由于具有大离子半径的K⁺不可避免地导致晶体结构不稳定。

香港城市大学支春义、中科院过程所何宏艳、Yanlei Wang等通过将商用氧化钒 (α-V₂O₅) 重构为δ-K_0.5V₂O₅(KVO)纳米带，以作为具有扩大空间层状结构和各向异性路径的正极材料，用于K⁺存储，从而解决了这些问题。

具体来说，它可以在1 C倍率下提供116 mAh g^-1的高容量，在50 C下提供65 mAh g^-1的出色倍率容量，以及在1 C下1000次循环后具有88.2%容量保持率的稳定循环性能。

在全电池配置中与有机负极结合时，KVO电极可以在1 C下输出95 mAh g-1的高容量和在10 C下20000次循环后77.3%容量保持率的循环稳定性。

图1 对盐包水电解液中KVO电极的整体研究

根据实验和计算结果，超耐久循环性能归因于KVO电极稳健的结构可逆性，超高倍率能力归因于KVO纳米带中具有改善导电性的各向异性途径。

此外，采用 22 M KCF₃SO₃盐包水电解液可以阻止KVO电极的溶解问题并进一步稳定电池的循环性能。最后，设计的水系钾离子电池即使在-30 °C下也具有优异的低温适应性。总的来说，KVO电极可以作为开发更适合高性能水系钾离子电池电极材料的范例。

图2 全电池性能

Reconstructing Vanadium Oxide with Anisotropic Pathways for a Durable and Fast Aqueous K-Ion Battery. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05678

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