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可充電水性鋅離子電池 (AZIB) 在成本經濟和安全運行方面極具競爭力。然而，由于缺乏可以實現強大的鋅離子擴散的穩定正極材料，這大大阻礙了它們的發展。

在此，上海同步輻射光源朱大明等人報道了具有隧道狀結構的金屬V₅S₈微粒作為AZIB的正極材料。電化學測量表明，V₅S₈電極在0.1 A g^-1時表現出 240 mAh g^-1的高比容量，在10 A g^-1電流密度下表現出193.8 mAh g^-1的優異倍率性能，經1000 次循環后容量保持率達到創紀錄的94%。

DFT計算表明，V₅S₈具有連續電子態的金屬特性和低 Zn²⁺ 吸附/遷移能，顯著增強了快速電子和離子傳輸。

圖1. 基于V₅S₈電極的扣式電池的電化學性能

因此，即使是微米尺寸，V₅S₈也表現出前所未有的倍率性能，即當電流密度從 0.1 增加100 倍至 10 A g^-1時，容量保持率為80.75%。

進一步采用原位同步加速器 X射線衍射 (SXRD)、異位X射線光電子能譜 (XPS) 和DFT 計算來了解V₅S₈的反應機理。這些分析揭示了一種獨特的自適應多級離子插入/提取過程（即依次插入Zn²⁺和H⁺，然后同時插入H⁺ 和Zn²⁺；可逆地提取），這導致了出色的倍率容量和循環穩定性。

圖2. SXRD、XPS、DFT揭示的V₅S₈的反應機理

Metallic V₅S₈ Microparticles with Tunnel-Like Structure for High-Rate and Stable Zinc-Ion Energy Storage, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.026

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上海光源朱大明EnSM: 隧道狀結構的金屬V5S8微粒用于高速穩定的鋅離子儲能

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