【DFT+实验】苏州纳米所/新大/东南AFM：扩大层间距的钒酸铵作为高容量稳定的柔性锌离子电池正极

钒酸盐氧化物具有低廉的价格和较高的理论容量，是水系锌离子电池（AZIB）极具竞争力的正极材料。然而，目前存在的Zn²⁺离子迁移缓慢、电导率弱、柔性电极制备复杂等问题阻碍了其在柔性AZIB (FAZIBs)中的实际应用发展。

在此，中科院苏州纳米所王永疆和张其冲&新疆大学吴冬玲&东南大学李雷等人提出钠离子与聚苯胺共嵌入策略，通过水热原位生长制备了Na⁺和聚苯胺共插层钒氧化物(NaNVO-PANI)正极材料，实现了高离子传导和储存的柔性锌离子电池。

其中，Na⁺离子与带负电的VO_x层板间的静电作用稳定了层结构；聚苯胺将材料的层间距扩大到了13.8 Å，这为Zn²⁺的嵌入/脱出提供了便利的通道。同时聚苯胺分子增加了活性材料的疏水性，从而抑制了NaNVO-PANI在水系电解液中的溶解。

图1. DFT计算

总之，该工作采用金属离子和有机分子共插层策略，设计并合成了Na⁺和苯胺分子共插层钒氧化物。从NaNVO-PANI的形貌结构可见，NaNVO-PANI层间距增加到13.8 Å。电化学测试进一步验证了大的层间距为Zn²⁺的快速脱嵌提供了通道。

一方面，Na⁺与带负电VO_x层板间的静电吸引力可以稳固层板；另一方面，有机分子进一步扩大层间距，增加Zn²⁺的储存位点并加速Zn²⁺扩散。组装成FAZIBs进行测试，在0.5 A g⁻¹时，电池提供了约454.6 mAh g⁻¹的放电容量，在5 A g⁻¹的大电流密度下也实现了228.27 mAh g⁻¹的放电比容量，具有保持50.3%的容量保持率。

因此，这项研究提供了一种新型的NaNVO-PANI作为FAZIB独立正极的层间工程设计，并进一步促进了可穿戴电子产品的快速开发。

图2. 柔性水系锌离子电池电化学性能

Sodium-Ion and Polyaniline Co-Intercalation into Ammonium Vanadate Nanoarrays Induced Enlarged Interlayer Spacing as High-Capacity and Stable Cathodes for Flexible Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305700

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