在二价离子电池中，水系锌离子电池（ZIBs）因其高的重量容量（820 mAhg^-1）和储量丰富的锌元素而备受关注。此外，锌电极上的析氢反应的高过电位使其在中性或微酸性溶液中可保持稳定，并具有中等电位窗口（≈2V）。

近日，韩国世宗大学Seung-Taek Myung，白俄罗斯国立大学Eugene Streltsov研究了具有开放结构的NaV₃O₈作为锌离子电池正极材料的潜在性能。

文章要点

1）研究人员利用第一性原理计算结果预测，在层间距为≈7 Å的NaV₃O₈中插入Zn²⁺（0.74 Å），能够在70 mA g^-1 (0.2 C)下，在1 m Zn(CF₃SO₃)₂水溶液水溶液中0.3—1.5V的电压窗口中循环300次，实现了353 mAh g-1的高放电容量。

2）利用Operando同步加速器X射线衍射、X射线吸收近边结构光谱和第一性原理计算验证了Zn²⁺在NaV₃O₈结构中的插入。此外，Operando同步加速器X射线衍射和Operando拉曼光谱表明，层状羟基三氟化锌(Zn₅(OH)₈(CF₃SO₃)₂·xH₂O)在放电（还原）低于0.8 V时发生副反应，充电（氧化）高于0.8V时溶解到电解液中。羟基三氟酸锌界面层的形成使电荷转移活化能从15.5增加到48 kJ mol^-1，导致动力学在0.8 V以下衰减。

该研究结果揭示了NaV₃O₈的电荷储存机理，有望适用于其他钒酸盐正极，为ZIBs的研究和设计提供了新的思路。

Jae Hyeon Jo, et al, New Insight on Open-Structured Sodium Vanadium Oxide as High-Capacity and Long Life Cathode for Zn–Ion Storage: Structure, Electrochemistry, and First-Principles Calculation, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202001595

https://doi.org/10.1002/aenm.202001595