具有可控氧空位的表面工程核心-壳层CeO2@C球体，用于高倍率和超长循环寿命的水系锌离子电池

《Electroanalysis》：Surface-Engineered Core–Shell CeO2@C Spheres with Controllable Oxygen Vacancies for High-Rate and Ultralong-Cycling Aqueous Zinc-Ion Batteries

水系锌离子电池中氧化铈基材料通过碳涂层核壳结构设计，显著提升电子导电性并抑制体积膨胀，实现358.3 mAh g?1初始容量及10,000次循环后65.0%容量保持率，碳层有效调控氧空位和抑制Ce3+/Ce?+氧化还原副反应。

　　

摘要

水系锌离子电池（AZIBs）因其高安全性和低成本而备受关注。基于氧化铈的电极材料正成为AZIBs的有吸引力的正极选择。这些材料结合了高理论容量、丰富的氧空位活性位点以及对环境的极小影响，但由于其固有的低电导率以及循环过程中由于体积膨胀导致的循环稳定性迅速下降，严重限制了其实际应用。本文通过涂层和可控热解工艺制备了一种具有核壳结构的球形CeO₂@C复合材料。均匀的碳层包覆不仅提高了电子导电性，还减轻了CeO₂@C复合材料的体积变形。得益于碳层促进的界面电荷传输效应和氧空位调节作用，CeO₂@C正极在1 A g^?1的电流密度下可提供358.3 mAh g^?1的容量。此外，使用CeO₂@C正极组装的AZIB在10000次循环后的容量保持率高达65.0%。XRD和XPS光谱分析结果表明，涂覆的碳层通过抑制不可逆的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原反应以及减轻Zn²⁺嵌入/脱出引起的晶格应力，有效提升了电池的电化学性能和结构稳定性。本研究提出了一种改进氧化铈正极性能的新方法，并提供了一种通用的核壳协同策略，为多种金属氧化物电极的架构设计提供了参考。

图形摘要

通过在CeO₂表面利用多巴胺盐酸盐自聚反应制备出核壳结构的CeO₂@C球体，随后在N₂气氛下进行煅烧。该CeO₂@C正极在1 A g^?1的电流密度下表现出358.3 mAh g^?1的高容量，并在1000次循环后仍保持了84.9%的出色容量保持率，证明了其优异的储锌能力和电化学稳定性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。