水性锌离子电池由于其低成本,储量丰富和高安全性等优点,有望成为一种用于下一代大规模储能的替代技术。然而,由于主体晶体结构中二价锌离子的强静电相互作用引起的动力学缓慢是开发具有高效率储能的水性锌离子电池关键挑战之一。
有鉴于此,中科院合肥物质科学研究院胡林华研究员,华盛顿大学曹国忠教授,石家庄学院Denghui Ji报道了通过重复相变过程合成了富含VO••的VO2(B)(VO•-VO2),并系统研究了VO••对VO2(B)的晶体结构,电化学和锌离子存储性能的影响。
文章要点
1)研究人员通过溶剂热法还原商用V2O5来合成VO2纳米带(NBs-VO2)。SEM图像显示,样品由厚度约15 nm的纳米带组成。以V2O5与VO2之间的还原和氧化反应为基础,采用重复相变法形成VO••-VO2。VO••-VO2的SEM图像显示,经过两次重复的相变操作,其形态从纳米带(NBs-VO2)转变为厚度约5 nm的纳米片。 XRD图谱证实NBs-VO2和VO••-VO2具有相同的晶体结构,并且所有衍射峰均用标准单斜晶VO2(B)(JCPDS卡号81-2392)很好地索引。
2)研究人员发现VO2(B)中的VO••浓度极大地影响晶体结构和能带结构,并导致变化的电化学性能。实验结果与DFT计算相结合表明,VO2(B)中的VO••可以提高电导率并扩展离子扩散隧道,从而实现快速可逆的Zn2+存储。
Zhaoqian Li, et al, Impacts of Oxygen Vacancies on Zinc-Ion Intercalation in VO2, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.9b09963
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09963