近年来，由于锌的丰富资源和对电池制造的低需求，可充电水系锌电池（ARZBs）作为LIBs的替代品备受关注。另外，用于ARZB的水性电解质是无毒的，不易燃，并且具有高离子传导性。实现ARZBs大规模应用面临的一个主要挑战是由于电极中Zn²⁺迁移动力学缓慢，导致缺乏高性能正极材料。

有鉴于此，吉林大学魏英进教授，德国卡尔斯鲁厄理工学院Qiang Fu报道了采用水热法制备了层间距离为10.9 Å的NH₄⁺预插层V₂O₅·nH₂O纳米带。在水性可充电锌电池中，在500 mA·g^-1的电流密度下，该材料具有391 mA·h·g^-1的大比容量。

文章要点

1）Operando同步加速器X射线衍射研究表明该正极材料在充放电循环过程中经历了可逆的固溶反应和两相转变，并伴有Zn_SO₄Zn₃(OH)₆·5H₂O副产物的可逆形成/分解。OperandoX射线吸收光谱证实了V的可逆还原/氧化，以及VO₆局部结构的精细变化。

2）副产物的形成归因于[Zn(H₂O)₆]²⁺的脱水，这同时改善了[Zn(H₂O)₆]²⁺到Zn^{2 +}的去溶剂化。键价和分析和电化学阻抗谱分析表明，副产物改善了电极的电荷转移动力学。

3）循环伏安法和恒电流间歇滴定技术表明，电极反应以离子插层为主，在1.4~0.85 V电压窗口的放电容量归因于[Zn(H₂O)₆]²⁺的插层，然后是Zn²⁺在0.85-0.4 V的插层。

Hainan Zhao, et al, In Operando Synchrotron Studies of NH4+ Pre-Intercalated V₂O₅∙nH₂O Nanobelts as the Cathode Material for Aqueous Rechargeable Zinc Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c04669

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04669