隧道预插入的客体锌元素可增强Zn2+/H+的可逆脱插能力

《Advanced Functional Materials》：Tunnel-Preinserted Guest Zinc Tailoring VO2(B) Enhances Zn2+/H+ Reversible De/intercalation Capability

水系锌离子电池阴极VO?(B)经Zn?.??预插层后提升电子导电性、抑制钒溶解并增强循环稳定性，容量达358 mAh g?1（0.1 A g?1），循环2000次后容量保持良好，证实了赝电容主导的Zn2?/H?共插机制。

　　

摘要

VO₂(B) 作为水系锌离子电池（AZIBs）的正极材料受到了广泛关注，但其较低的固有电子导电性和不可控的钒溶解现象限制了其进一步的实际应用。本文研究表明，通过在 VO₂(B) 的隧道结构中预嵌入锌离子（Zn_0.03VO₂），可以显著提高其导电性和循环性能。这种经过改性的结构具有调节后的电子分布，从而扩大了离子扩散通道，提升了电子导电性，并增强了电化学活性，使得 Zn²⁺/H⁺ 离子的可逆脱插过程更加容易实现。实验结果和理论计算均证实了这一效果。值得注意的是，由于锌离子的化学预嵌入作用，钒的溶解现象得到了显著抑制，这减弱了 Zn²⁺ 与宿主晶格之间的相互作用以及同种离子之间的竞争效应。因此，Zn_0.03VO₂ 正极在低电流密度（0.1 A g^?1）下表现出高达 358 mAh g^?1 的高容量，在 300 次循环后容量保持率为 85%；在 5 A g^?1 的电流密度下具有 175 mAh g^?1 的优异倍率性能；并且在 20 A g^?1 的电流密度下可稳定循环 2000 次以上。此外，通过电化学和光谱分析确定了 Zn²⁺/H⁺ 共嵌入过程中的伪电容效应主导机制。这项工作为通过离子预嵌入方式调节钒氧化物结构、开发高性能 AZIBs 提供了宝贵的见解。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。