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中南梁叔全/周江AM:有機(jī)-無機(jī)雜化正極使水系鋅離子電池循環(huán)10,000次

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開發(fā)具有高容量和高工作電壓的正極材料對(duì)于水系鋅離子電池(ZIBs)的發(fā)展極為重要。然而,經(jīng)典的高容量材料(例如釩基材料)放電電壓較低,而具有高工作電壓的有機(jī)正極通常容量低。
中南大學(xué)梁叔全、周江等設(shè)計(jì)了有機(jī)(乙二胺)-無機(jī)(氧化釩)混合正極(EDA-VO),其具有用于超高倍率和超長(zhǎng)壽命ZIBs的雙重儲(chǔ)能機(jī)制。
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受益于氧化釩的高容量和EDA的高工作電壓,混合正極不僅提供0.82 V的高工作電壓,而且實(shí)現(xiàn)了高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命。此外,嵌入的乙二胺(EDA)不僅可以增加氧化釩的層間距,提高V-O層狀結(jié)構(gòu)中Zn離子的遷移率,而且可以作為二齒螯合配體參與Zn離子的存儲(chǔ)。
中南梁叔全/周江AM:有機(jī)-無機(jī)雜化正極使水系鋅離子電池循環(huán)10,000次
圖1 EDA-VO正極材料的表征
因此,基于這種雙重儲(chǔ)能機(jī)制的Zn/EDA-VO電池在0.5 A g-1的電流密度下顯示出高達(dá)382 mAh g-1的比容量,以及在5 A g-1下超過10,000次循環(huán)的優(yōu)異長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。
更重要的是,在氧化釩中引入EDA可以提供輕松快速的電子傳輸以及高離子擴(kuò)散能力(10-8-10-9 cm2 s-1 ),從而表現(xiàn)出快速且可逆的Zn離子存儲(chǔ)。相信這項(xiàng)關(guān)于有機(jī)-無機(jī)雜化正極材料的工作可能會(huì)加速用于水系ZIBs的高能正極的進(jìn)一步開發(fā)。
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圖2 EDA-VO電極的電化學(xué)鋅離子存儲(chǔ)性能
Organic-Inorganic Hybrid Cathode with Dual Energy Storage Mechanism for Ultra-High-Rate and Ultra-Long-Life Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105452

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