原位构建钒酸钡@碳纳米管复合材料作为先进正极实现卓越锌离子存储性能

为解决钒酸钡水合物(BaV6O16·3H2O, BVO)作为锌离子电池(ZIBs)正极材料时导电性差、循环稳定性不足的问题，研究人员通过一步水热法原位合成BVO@CNTs复合材料。该材料通过碳纳米管(CNTs)导电网络提升电子传输效率，同时增大比表面积以促进Zn2+扩散，最终实现309.29 mAh g?1的高可逆容量和1800次循环的优异稳定性，为水系锌离子电池正极设计提供了新思路。

　　

在能源存储领域，水系锌离子电池(ZIBs)因其安全性高、成本低廉和锌资源丰富等优势，被视为"后锂时代"的潜力选手。然而，正极材料的性能瓶颈始终制约着ZIBs的发展——锰基材料存在John-Teller效应导致的锰溶解，普鲁士蓝类似物(PBAs)容量偏低，有机化合物则受限于导电性差。相比之下，具有多价态(+2~+5)和开放骨架结构的钒基材料展现出独特优势，但如何解决其本征导电性差的问题仍是重大挑战。

针对这一关键问题，国内研究人员创新性地采用超声-水热法原位构建了钒酸钡纳米带@碳纳米管(BVO@CNTs)复合材料。通过X射线衍射(XRD)分析证实，该材料成功保留了正交晶系BaV₆O₁₆·3H₂O的层状结构(Pnmm空间群)，同时CNTs的引入形成了三维导电网络。电化学测试显示，复合材料在0.5 A g^?1电流密度下展现出309.29 mAh g^?1的高容量，且在10 A g^?1大电流下循环1800次后容量保持率高达83.1%。这项工作发表于《Journal of Energy Storage》，为设计高性能ZIBs正极提供了新范式。

关键技术方法
研究采用一步水热法将商业V₂O₅、H₂O₂、Ba(NO₃)₂与多壁CNTs反应合成BVO@CNTs；通过XRD、SEM等表征材料结构；采用恒电流充放电测试评估电化学性能；结合非原位(ex situ)XPS、XRD等技术揭示Zn²⁺/H⁺共嵌入机制；通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)分析动力学特性。

Results and discussion
材料表征显示CNTs均匀包覆在BVO纳米带表面，比表面积显著增加。动力学分析证实CNTs的引入使复合材料具有1.74×10^?9 cm² s^?1的高Zn²⁺扩散系数和78.9%的赝电容贡献率。非原位测试揭示了独特的Zn²⁺/H⁺协同嵌入机制，其中V⁵⁺/V⁴⁺氧化还原反应主导电荷存储过程。

Conclusions
该研究通过原位构建BVO@CNTs复合材料，有效解决了钒酸钡导电性差和结构不稳定的核心问题。CNTs网络不仅提升了电子传导速率，其机械支撑作用还抑制了循环过程中的钒溶解现象。研究提出的"导电网络-离子通道"协同优化策略，为开发高能量密度、长寿命水系锌离子电池提供了重要参考，同时拓展了钒基材料在新型储能系统中的应用前景。