正极是水系锌离子电池（ZIBs）实现高容量和长稳定性的关键组成。

近日，美国南卡罗来纳大学Kevin Huang，Tao Wu报道了以1 M ZnSO₄溶液为前驱体，水热法制备出一种无溶解、稳定、低Zn预嵌的双层结构V₂O₅干凝胶ZIB正极Zn_0.1V₂O₅·nH₂O（ZnVO）。

文章要点

1）实验结果显示，ZnVO 在0.2 A g⁻¹和10 A g⁻¹时的放电容量分别达到463 mAh g⁻¹和240 mAh g⁻¹，0.2 A g⁻¹放电200次和10 A g⁻¹放电200000次容量分别保持93%和88%。

2）研究发现，ZnVO的优异电化学性能来源于溶剂水插层增大的孔道间距和水稳定的V₂O₅双层结构。

3）研究人员进一步通过从头算分子动力学揭示了H⁺主要来源于通道水的解离，而OH⁻则移出通道与ZnSO₄电解质形成Zn₄(SO₄)(OH)₆·5H₂O，插层Zn²⁺与通道水形成水配合物[Zn(H₂O)₆]²⁺。此外，理论分析还表明，电解质中的通道水和溶剂水在统计上是相同的，并且在功能上是等效的。

总的来说，这项研究显示了ZnVO作为ZIBs实用正极的前景，并对通道水、溶剂水、双层V₂O₅结构和双重Zn²⁺/H⁺插层机制在实现高容量和长稳定性方面的作用提供了基本的见解。

参考文献

Kaiyue Zhu, et al, Reversible Molecular and Ionic Storage Mechanisms in High-Performance Zn_0.1V₂O₅·nH₂O Xerogel Cathode for Aqueous Zn-Ion Batteries, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c03684

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03684