叶明新/沈剑锋Small: Zn//VEG@MXene电池,循环3000次容量保持85.2%!

叶明新/沈剑锋Small: Zn//VEG@MXene电池,循环3000次容量保持85.2%!
钒基衍生物具有可承受的成本和高理论容量,因此其在水系锌离子电池(ZIBs)的应用引起了广泛的兴趣。然而,钒基材料的进一步应用受到有限的导电性和循环寿命的阻碍。
叶明新/沈剑锋Small: Zn//VEG@MXene电池,循环3000次容量保持85.2%!
在此,复旦大学叶明新教授、沈剑锋教授等人通过一步油浴加热工艺合成了生长在Ti3C2Tx MXene纳米片上的一维链状结构的乙二醇氧钒(VEG@MXene),并将其作为ZIB的复合正极材料。受益于具有高电导率和丰富反应位点的混合结构,VEG@MXene正极表现出优异的比容量(360.3 mAh g-1@ 0.5 A g-1)及令人印象深刻的容量保持率(在10 A g-1下3000次循环后仍高达85.2%)。
这表明MXene作为导电添加剂不仅提高了电导率,促进了放电/充电过程中锌离子的扩散,而且在高电流密度下可以有效抑制钒基复合材料的结构坍塌。此外,Zn// VEG@MXene纽扣电池还可以成功地为发光二极管 (LED) 和电子手表供电。
叶明新/沈剑锋Small: Zn//VEG@MXene电池,循环3000次容量保持85.2%!
图1. Zn//VEG@MXene电池的电化学性能
为了更好地理解VEG@MXene正极的上述优异性能,作者进行了电化学测试,包括循环伏安(CV)、恒电流间歇滴定技术(GITT)和电化学阻抗谱(EIS)。结果表明,在高电流密度下,电容控制过程在总贡献中占据主导地位,而且Mxene的作用也得到证实。
此外,非原位表征(XRD、XPS)表明原始VEG通过原位电化学转化实现了到Zn3V2O7(OH)2·2H2O(ZVO)的逐渐相变,并证明了后续链状VEG和层状ZVO结构中快速且高度可逆Zn2+嵌入/脱嵌。这项工作表明,设计导电性增强的钒基材料是开发有前途的ZIBs正极材料的合理方法。
叶明新/沈剑锋Small: Zn//VEG@MXene电池,循环3000次容量保持85.2%!
图2. VEG@MXene电极的锌离子存储机制
In Situ Electrochemical Transformation toward Structure Optimized VEG@MXene Cathode for Enhanced Zinc-Ion Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105325

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