碱金属离子掺杂铵钒酸盐纳米花实现高性能水系锌离子电池

本研究针对层状钒基正极材料面临的结构不稳定性、容量衰减快及动力学缓慢等问题，来自国内的研究团队通过碱金属离子（Na+、K+）掺杂策略，结合层间工程、缺陷工程和形貌优化，显著提升了(NH4)2V6O16纳米花的电化学性能。优化后的NaNVO正极在0.2 A g?1下展现585 mAh g?1的高容量，并在10 A g?1下循环4000次后仍保持87%的容量。该研究为高性能AZIBs正极设计提供了新思路。

　　

层状钒基正极材料虽在水系锌离子电池（Aqueous Zinc-Ion Batteries, AZIBs）中具备高容量潜力，却长期受限于结构不稳定、容量衰减快及动力学缓慢等问题。为此，研究人员开发了一种碱金属离子（Na⁺、K⁺）掺杂策略，通过协同整合层间工程、缺陷工程与形貌优化，显著增强了(NH₄)₂V₆O₁₆纳米花的电化学性能。其中，经优化的NaNVO材料表现出卓越的比容量（0.2 A g^?1时达585 mAh g^?1）和出色的长循环稳定性（10 A g^?1下4000次循环后容量保持率达87%）。碱金属离子不仅双重稳定了V–O层状结构，还通过电荷补偿效应诱导产生氧空位，从而协同拓宽Zn²⁺扩散通道并创造额外储能位点。密度泛函理论（DFT）计算进一步表明，空位诱导的能带结构调控弱化了Zn²⁺与宿主材料间的相互作用，降低了迁移能垒，并提升了电荷转移效率。分级纳米花结构通过缩短离子路径和最大化界面反应性，构建了连续的电荷传输网络，显著改善了反应动力学。这些结构与电子层面的改性协同作用：柱撑效应抑制晶格畸变，缺陷实现电荷重新分布，形貌优化则保障循环完整性。最终，复合改性促进了Zn²⁺主导的共嵌入机制，抑制了H⁺诱导的结构变形，并实现了副反应的可逆演化。该研究为理性设计高性能AZIBs正极提供了新视角。