Nat. Commun.：钒氧化物中水合锌离子嵌入过程中多相演化的原子级揭示

当阳离子以电化学方式嵌入其晶格时，初始晶相可以转变为另一相。因此，在转变过程中在原子水平上精确识别相演变是全面了解阳离子嵌入行为并随后在可充电池中实现更高存储容量的第一步，尽管有时具有挑战性。

韩国科学技术研究院Sung-Yoon Chung、首尔大学Jang Wook Choi等人通过使用原子柱分辨扫描透射电子显微镜，来精确识别水系条件下锌离子放电过程中Zn和H₂O的位置占据以及V₂O₅中的多相演化。

图1 V₂O₅的系列X射线粉末衍射图

结果，作者直接观察到了将Zn离子放电到具有水系电解液的V₂O₅正极期间，H₂O和Zn的同时嵌入。更重要的是，随着Zn嵌入的进一步进行，在原子尺度上直接揭示了多个中间拓扑相的存在，这无法通过宏观粉末衍射来识别。

图1 Zn和H₂O嵌入的直接可视化

因此，V₂O₅显著的可逆容量和可循环性似乎与通过中间瞬态的充电和放电相之间的拓扑平滑转换有着强烈的相关性。

该研究结果表明，充放电过程中容易发生多相转变可能是水系可充电池中具有高容量和可逆性的正极材料的重要条件，其中放电正极的晶体结构通常与其初始结晶状态完全不同。

图2 拓扑多相变换

Atomic-scale unveiling of multiphase evolution during hydrated Zn-ion insertion in vanadium oxide. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24700-w

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Nat. Commun.：钒氧化物中水合锌离子嵌入过程中多相演化的原子级揭示

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