研究人员在高性能水性锌离子电池方面取得进展

由中国科学院中国科学技术大学(USTC)的李松教授领导的团队提出了插层诱导V t的概念。2克轨道占用并开发了NH4+-插层氧化钒(NH4+-V2O5) 用于高性能水系锌离子电池 (ZIB)。这项工作发表在PNAS上。

ZIBs因其安全性、无毒性和高理论容量，已成为最有前途的可持续储能技术之一。在用于ZIBs的各种电极材料中，氧化钒因其柔性晶体结构和钒的多价性而被广泛研究为ZIBs的正极材料。

基于离子或分子预插层策略，可以有效解决正极材料晶格空间不足、电子导电率低等问题，从而进一步提高电池性能。

然而，目前对插层正极材料的研究主要集中在通过层间空间扩展增强容量上。因此，开发先进的原位表征技术非常重要，该技术有助于从原子轨道的角度研究插层剂引起的电极材料的内在结构变化，这将成为未来高性能正极材料设计的关键。

在这项工作中，研究人员介绍了多种原位和非原位同步辐射光谱技术，揭示了V 3dt的变化2克V中的轨道占用2O5NH插层后4+，以及充放电过程中的可逆演化规律。

他们发现NH4+插层在很大程度上诱导了V-O键的结构变形，这进一步导致了电子结构的重排，并促进了Vt中3dxy空位状态的占用2克轨道的。The Vt2克轨道占用大大提高了材料的导电性。

此外，研究人员发现，NH4+插层导致层间距变宽，显著加速了电子转移和锌离子迁移，实现了锌离子电池的超高多重性性能。

实验结果表明，插层五氧化二钒(NH4+-V2O5) 正极材料在 101 C 电流密度下在 0.1 mA h g-200 下保持倍率能力，充电时间为 18 s。

这项研究提供了对储存Zn的机制的更好理解2+在插层 V 中2O5材料，为ZIBs高性能插层正极材料的设计奠定了基础。