锌离子掺杂水合五氧化二钒正极材料：揭示高性能水系锌离子电池的储能机制

针对五氧化二钒(V2O5)正极材料在锌离子电池(AZIBs)中存在的结构坍塌和溶解问题，研究人员通过剥离和锌离子(Zn2+)掺杂水热法制备Zn0.34V2O5·2.5H2O材料，揭示其Zn2+/H2O/H+共嵌入反应机制，实现5 A g?1下5000次循环后183.5mAh g?1的高容量保持，为AZIBs电极设计提供新思路。

　　

随着化石能源供应紧张和锂资源短缺问题加剧，开发新型储能系统成为研究热点。锌离子电池(ZIBs)凭借锌负极820mAh g^?1的理论容量和?0.76 V的氧化还原电位崭露头角，但锌离子半径大(0.74 ?)导致的电极结构破坏和扩散动力学缓慢等问题制约其发展。五氧化二钒(V₂O₅)虽具有层状结构优势，却面临导电性差、结构不稳定和电解液溶解等挑战。

针对上述问题，江西某高校的研究团队在《Applied Physiology Nutrition and Metabolism》发表研究，通过三辊剥离和锌离子掺杂水热法制备Zn_0.34V₂O₅·2.5H₂O(ZnVOH)正极材料。采用X射线衍射(XRD)分析物相转变，结合非原位表征技术阐明储能机制，通过不同电解液环境测试验证性能提升关键因素，并组装锌离子混合超级电容器评估实际应用潜力。

结果与讨论
XRD显示剥离后的V₂O₅保持原物相，但锌离子掺杂后在5-10°出现新特征峰，与金属掺杂钒氧化物特征相符。电化学测试表明ZnVOH电极在0.1 A g^?1下具有350.2mAh g^?1的比容量，5 A g^?1循环5000次后仍保持183.5mAh g^?1。非原位分析揭示其储能机制为放电过程中Zn²⁺/H₂O/H⁺共嵌入反应，Zn²⁺和H₂O的脱嵌导致V₂O₅非晶化，部分非晶V₂O₅进一步转化为Zn₃(OH)₂V₂O₇·H₂O相。

结论
该研究通过锌离子掺杂和水合作用协同调控，显著提升V₂O₅的结构稳定性和离子传输动力学。揭示的共嵌入反应机制为钒基正极材料设计提供新方向，组装的混合超级电容器展现出工程化应用前景。研究获国家自然科学基金(52272063)和江西省自然科学基金(20224BAB214037等)支持，由Hui Zhou和Zhi Chen等学者共同完成。