水系鋅離子電池（AZIBs）是極具吸引力的儲能裝置，具有提高的安全性和可忽略的環境影響等優點。盡管V₂O₅基正極很有前景，但釩的溶解是實現其穩定性能的主要挑戰之一。

在此，北京大學郭少軍教授、北京化工大學徐斌教授等人通過范德華自組裝方法在V₂O₅納米板表面設計了一個用于在電化學過程中抑制釩溶解的Ti₃C₂T_x MXene層（VPMX），從而大大提高鋅離子的存儲性能。

與傳統的V₂O₅/C復合材料不同，作者證明了VPMX雜化物為實現高性能AZIB提供了三個顯著優勢：

（i）在V₂O₅納米板表面組裝MXene層可有效抑制AZIBs中釩的溶解，從而通過保持正極完整性并結合抑制釩溶解來提高電池性能；

（ii）DFT計算表明，MXene層促進了V₂O₅和MXene之間的固-固異質界面處的快速電子轉移；

（iii）原位XRD結果表明，MXene層使水分子和Zn²⁺在VPMX雜化物中可逆地共插層/脫嵌并最大限度地減少靜電排斥，從而促進電化學動力學，最終獲得更好的電池倍率性能。

圖1. VPMX73正極的鋅存儲機制

因此，與純V₂O₅納米板（213.2 mAh g^-1）相比，制得的VPMX正極在0.1 A g^-1時具有345.1 mAh g^-1的高初始放電容量和兩個明顯的傾斜平臺，對應于多步Zn²⁺和H₂O插層。當電流密度增加到 5.0 A g^-1時，該正極仍保留了243.6 mAh g^-1的高可逆容量。隨著電流密度恢復到 0.1 A g^-1，電極可逆容量穩定在417.5 mAh g^-1。

此外，該VPMX正極在10 A g^-1時顯示出超過5000次循環的長期穩定性且容量保持率高達99.5%，超過了其他報道的基于V₂O₅的材料。ORCA計算表明，MXene 涂層可通過結合和抑制水系電解液中溶解的釩離子來減緩電解液污染和pH值變化。總之，這項工作為構建涂層以抑制水系電池及其他電池中的正極溶解提供了一種有效的策略。

圖2. V₂O₅納米板/MXene雜化物中的鋅存儲性能

Van der Waals Interaction-Driven Self-Assembly of V₂O₅ Nanoplates and MXene for High-Performing Zinc-Ion Batteries by Suppressing Vanadium Dissolution, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c04968