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當陽離子以電化學方式嵌入其晶格時，初始晶相可以轉變為另一相。因此，在轉變過程中在原子水平上精確識別相演變是全面了解陽離子嵌入行為并隨后在可充電池中實現更高存儲容量的第一步，盡管有時具有挑戰性。

韓國科學技術研究院Sung-Yoon Chung、首爾大學Jang Wook Choi等人通過使用原子柱分辨掃描透射電子顯微鏡，來精確識別水系條件下鋅離子放電過程中Zn和H₂O的位置占據以及V₂O₅中的多相演化。

圖1 V₂O₅的系列X射線粉末衍射圖

結果，作者直接觀察到了將Zn離子放電到具有水系電解液的V₂O₅正極期間，H₂O和Zn的同時嵌入。更重要的是，隨著Zn嵌入的進一步進行，在原子尺度上直接揭示了多個中間拓撲相的存在，這無法通過宏觀粉末衍射來識別。

圖1 Zn和H₂O嵌入的直接可視化

因此，V₂O₅顯著的可逆容量和可循環性似乎與通過中間瞬態的充電和放電相之間的拓撲平滑轉換有著強烈的相關性。

該研究結果表明，充放電過程中容易發生多相轉變可能是水系可充電池中具有高容量和可逆性的正極材料的重要條件，其中放電正極的晶體結構通常與其初始結晶狀態完全不同。

圖2 拓撲多相變換

Atomic-scale unveiling of multiphase evolution during hydrated Zn-ion insertion in vanadium oxide. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24700-w

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Nat. Commun.：釩氧化物中水合鋅離子嵌入過程中多相演化的原子級揭示

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