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水系鋅離子電池具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如用于大規(guī)模儲(chǔ)能的成本效益高和不可燃性。然而，由于正極材料的發(fā)展、緩慢的本征離子/電子動(dòng)力學(xué)和不令人滿(mǎn)意的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。

為此，東南大學(xué)徐峰教授、哈爾濱工程大學(xué)朱凱副教授及沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)胡方副教授等人報(bào)道了簡(jiǎn)便的一步水熱方法制備的具有氧空位（NH₄V₄O_10-x）和還原氧化石墨烯 (rGO) 表面改性的高性能NH₄V₄O₁₀正極（NH₄V₄O_10-x@rGO）。該復(fù)合材料呈現(xiàn)出3D花狀形態(tài)，在電解液和電極材料之間提供了足夠的接觸面積和較短的鋅離子運(yùn)輸途徑。

同時(shí)，rGO充當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)以提高正極的導(dǎo)電性。DFT計(jì)算表明，氧空位可以有效地減輕靜電相互作用，因?yàn)樵谛纬蒢n-O鍵時(shí)需要更少的電子，這可以導(dǎo)致更多電子轉(zhuǎn)移到周?chē)拟C原子并增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖1. NH₄V₄O_10-x@rGO正極的電化學(xué)性能

由于rGO和氧空位的協(xié)同組合，所制備的NH₄V₄O_10-x@rGO具有顯著的電化學(xué)性能和高能量密度（260.1 Wh kg^-1，功率密度為657.2 W kg^-1）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（2000次循環(huán)后容量保持率為90.5%）和良好的倍率能力（187 mAh g^-1@20 A g^-1）。

這項(xiàng)工作證明了缺陷化學(xué)和表面工程在電化學(xué)性能增強(qiáng)中的重要性，并為多價(jià)離子電池系統(tǒng)的高性能金屬氧化物正極設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。

圖2. DFT計(jì)算研究氧空位的影響

Deficiency and Surface Engineering Boosting Electronic and Ionic Kinetics in NH₄V₄O₁₀ for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Battery, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.001

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徐峰/朱凱/胡方EnSM: 高能鋅離子電池NH4V4O10正極的缺陷和表面工程

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