熊胜林/奚宝娟Nano Letters: 用于先进水系锌电池的原位电化学活化V2O3 正极

寻找大容量、高能量密度的水系锌离子电池正极材料仍然具有挑战性。其中，钒基氧化物由于V的多价态和开放骨架晶体结构，基于Zn²⁺插层化学可提供高容量和良好的循环性。

在此，山东大学熊胜林教授、奚宝娟副教授等人展示了一种原位电化学活化策略，以提高碳限制的三氧化钒 (V₂O₃@C) 微球正极的电化学活性。V₂O₃@C微球是通过简便且无模板的溶剂热法合成的，然后进行后煅烧处理。

研究表明，隧道结构的V₂O₃在第一次充电时经历了向层状、无定形和缺氧的Zn_0.4V₂O_5-m·nH₂O的完全相变，从而允许在后一种结构的基础上随后（脱）嵌入锌阳离子，这可以通过电解液中H₂O的量来调节。后一种结构具有丰富的氧空位和较大的孔道，不仅为Zn²⁺的插层提供了更多的扩散路径和活性位点，还促进了Zn²⁺的存储/释放动力学，从而提高了深度循环的容量和可逆性。

图1. V₂O₃@C样品的材料合成和表征

受益于这些特性，该V₂O₃@C电极具有极出色的倍率性能和稳定性，在0.2 A g^-1时实现了633.1 mAh g^-1的高可逆容量，甚至在24 A g^-1的超高电流密度下容量仍保持为271.4 mAh g^-1。

此外，在0.2 A g^-1下150次循环后该正极容量仍高达602 mAh g^-1，能量密度为439.6 Wh kg^-1，并实现了高达10000次循环的寿命（容量保持率为90.3%）。该策略的实施被证明与电解液中的H₂O含量密切相关，这为设计用于具有高容量和能量密度的超快锌离子存储的正极材料提供了重要的见解。

图2. V₂O₃@C正极的电化学性能和行为

In Situ Electrochemically Activated Vanadium Oxide Cathode for Advanced Aqueous Zn-Ion Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03409

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熊胜林/奚宝娟Nano Letters: 用于先进水系锌电池的原位电化学活化V2O3 正极

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