鋅離子電池充放電機理及其表征分析和性能測試圖
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所二維材料與能源器件研究組研究員吳忠?guī)泩F隊發(fā)展了一種二維模板離子吸附策略，制備出二維無定形V2O5/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)新材料，實現(xiàn)了高效離子-電子協(xié)同傳輸，獲得了高安全、低成本、高性能水系鋅離子電池。
水系鋅離子電池具有安全性高、成本低、鋅儲量豐富的特點，受到了廣泛關(guān)注。開發(fā)低成本、高容量正極材料一直是鋅離子電池研究領(lǐng)域的難點。目前，釩基材料具有多價離子反應(yīng)機制、高容量的特點，是一種有研究前景的正極材料，但其塊體材料存在反應(yīng)活性位點少、電子導(dǎo)電低、體積膨脹等問題，導(dǎo)致容量低、循環(huán)性能差。因此，急需發(fā)展高容量、高倍率、長壽命的釩基正極材料，來滿足鋅離子電池應(yīng)用的需求。
為解決這一問題，該團隊發(fā)展了一種二維模板離子吸附策略，將無定形V2O5均勻生長于高導(dǎo)電的石墨烯表面，獲得了一種超薄V2O5/石墨烯（A-V2O5/G）二維異質(zhì)結(jié)新材料，充分結(jié)合無定形V2O5本身豐富的活性位點、離子擴散路徑短的優(yōu)點和石墨烯高導(dǎo)電性、良好機械穩(wěn)定性的優(yōu)點，實現(xiàn)了高效離子-電子協(xié)同傳輸，獲得了高容量、高倍率、長壽命、高安全性的水系鋅離子電池。在0.1 A/g的電流密度下，具有489 mAh/g的高容量，遠高于目前報道的鋅離子電池的比容量。同時表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，在大電流70 A/g時，仍保持高達123 mAh/g的容量。此外，以V2O5/石墨烯異質(zhì)結(jié)為正極，構(gòu)建了平面化微型鋅離子電池，該電池具有高體積容量、長壽命以及良好的集成特性，證明了其作為高安全性、低成本、可穿戴儲能器件的潛力。該工作為發(fā)展高效電子-離子協(xié)同增強的二維異質(zhì)結(jié)材料提供了新策略，為構(gòu)建高效電化學(xué)能源器件提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目等的資助。
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