共价键增强了高能量钒氧化物正极的性能，有助于开发可持续的水系锌离子电池

《Nature Communications》：Covalency stabilizes high energy vanadium oxide positive electrode for sustainable aqueous zinc-ion batteries

　　

摘要

水系锌离子电池是一种具有潜力的可持续储能系统，但其实际应用却因正极在充放电循环过程中的结构不稳定而受到限制，这一问题至今尚未得到足够重视。鉴于轨道耦合在金属氧化物中的关键作用，我们通过调控V₂O₃中钒的电子状态，提升了钒氧化物正极的高电压稳定性。向V-O结构中引入氟元素可导致电子分布不均，从而增强V-O轨道间的重叠，进而通过强化的π键和σ键来加强共价相互作用。这种增强的共价性降低了轴向氧原子的碱性，减少了质子对正极的攻击，避免了在高充电电压下出现结构变形。经过优化后的F-V₂O₃正极在3?A?g^?1的电流密度下，经过60,000次循环后仍能保持80%的容量。此外，采用该正极的Ah级软包电池在50?mA?g^?1的电流密度下，其基于所有电极材料的比能量可达95?Wh?kg^?1。由这种电池组成的3.7?V输出规格的软包电池组已成功用于为无人机供电。本研究展示了共价工程在稳定氧化物正极方面的重要性。