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研究背景

水系鋅離子電池具有高比容量、高功率、綠色安全、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其逐漸成為水系電池的研究熱門。釩氧化物作為其重要的正極極材料，具有儲(chǔ)量豐富、多種可變價(jià)態(tài)所帶來(lái)的高容量、良好循環(huán)穩(wěn)定性。然而釩氧化物在循環(huán)過(guò)程中鋅離子與VO₂（B）正極材料主晶格之間的強(qiáng)烈相互作用，使得電池展示了較差的倍率性能?；诖?，人們開(kāi)展了基于VO₂（B）正極材料的改性和調(diào)控提升其倍率性能的研究。

研究?jī)?nèi)容

基于此，蘭州大學(xué)材料與能源學(xué)院彭尚龍教授團(tuán)隊(duì)基于原位衍生策略構(gòu)建VO₂@V₂C 1D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)提升了水系鋅離子電池倍率性能，并與成功合成的純相VO₂進(jìn)行對(duì)比，深入討論了VO₂正極材料倍率性能提升的原因。相關(guān)的研究成果以“Construction Strategy of VO₂@V₂C 1D/2D Heterostructure and Improvement of Zinc-ion Diffusion Ability in VO₂(B)”發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上（Article DOI:10.1021/acsami.2c03646），并入選當(dāng)期封面文章。碩士生陳杰為文章第一作者，黃娟娟副教授、閆德副教授和彭尚龍教授為文章通訊作者。

封面效果圖

在這項(xiàng)研究工作中，基于提高VO₂正極材料速率性能提升的考慮，作者提出了一種不同于以往的純VO₂（B）合成修飾的多步策略。采用原位衍生策略對(duì)V₂C進(jìn)行可控部分氧化，制備了VO₂@V₂C 1D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并與合成純相VO₂進(jìn)行對(duì)比研究。微觀層面上，異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面的電荷轉(zhuǎn)移再分配與結(jié)合水的引入提高了VO₂導(dǎo)電性與離子擴(kuò)散率，宏觀層面上，V₂C中 V-C-V 2D導(dǎo)電層狀結(jié)構(gòu)縮短了鋅離子擴(kuò)散路徑，而百納米級(jí)別的衍生VO₂縮小了鋅離子的傳輸距離，最終顯著提高了VO₂正極材料的速率性能。不僅如此，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)電壓窗口擴(kuò)展到1.24 V時(shí)，V₂C將發(fā)生不可逆的電化學(xué)氧化過(guò)程。因此，進(jìn)一步構(gòu)建VO₂@V₂CO_x異質(zhì)結(jié)構(gòu)賦予V₂C電化學(xué)活性，從而提高了電極材料比容量。

圖文簡(jiǎn)介

圖1 合成示意圖

圖2 形貌表征

圖3 結(jié)構(gòu)表征

圖4 電化學(xué)性能測(cè)試

圖5 動(dòng)力學(xué)分析

圖6 動(dòng)力學(xué)分析2