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熊勝林/奚寶娟Nano Letters: 用于先進水系鋅電池的原位電化學活化V2O3 正極

尋找大容量、高能量密度的水系鋅離子電池正極材料仍然具有挑戰性。其中，釩基氧化物由于V的多價態和開放骨架晶體結構，基于Zn²⁺插層化學可提供高容量和良好的循環性。

在此，山東大學熊勝林教授、奚寶娟副教授等人展示了一種原位電化學活化策略，以提高碳限制的三氧化釩 (V₂O₃@C) 微球正極的電化學活性。V₂O₃@C微球是通過簡便且無模板的溶劑熱法合成的，然后進行后煅燒處理。

研究表明，隧道結構的V₂O₃在第一次充電時經歷了向層狀、無定形和缺氧的Zn_0.4V₂O_5-m·nH₂O的完全相變，從而允許在后一種結構的基礎上隨后（脫）嵌入鋅陽離子，這可以通過電解液中H₂O的量來調節。后一種結構具有豐富的氧空位和較大的孔道，不僅為Zn²⁺的插層提供了更多的擴散路徑和活性位點，還促進了Zn²⁺的存儲/釋放動力學，從而提高了深度循環的容量和可逆性。

圖1. V₂O₃@C樣品的材料合成和表征

受益于這些特性，該V₂O₃@C電極具有極出色的倍率性能和穩定性，在0.2 A g^-1時實現了633.1 mAh g^-1的高可逆容量，甚至在24 A g^-1的超高電流密度下容量仍保持為271.4 mAh g^-1。

此外，在0.2 A g^-1下150次循環后該正極容量仍高達602 mAh g^-1，能量密度為439.6 Wh kg^-1，并實現了高達10000次循環的壽命（容量保持率為90.3%）。該策略的實施被證明與電解液中的H₂O含量密切相關，這為設計用于具有高容量和能量密度的超快鋅離子存儲的正極材料提供了重要的見解。

圖2. V₂O₃@C正極的電化學性能和行為

In Situ Electrochemically Activated Vanadium Oxide Cathode for Advanced Aqueous Zn-Ion Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03409

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