利用釩基二維異質結材料構建高性能鋅離子電池
近日，中科院大連化學物理研究所研究員吳忠帥團隊發展了一種二維模板離子吸附策略，製備出二維無定形五氧化二釩(V2O5)/石墨烯異質結構新材料，實現了高效離子—電子協同傳輸，獲得了高安全、低成本、高性能水系鋅離子電池。相關研究成果發表於《先進能源材料》。
水系鋅離子電池具有安全性高、成本低、鋅儲量豐富的特點，受到了廣泛關注。開發低成本、高容量正極材料一直是鋅離子電池研究領域的難點。目前，釩基材料具有多價離子反應機制、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活性位點少、電子導電低、體積膨脹等問題，導致容量低、循環性能差。因此，急需發展高容量、高倍率、長壽命的釩基正極材料，來滿足鋅離子電池應用需求。
研究人員開發了一種二維模板離子吸附策略，將無定形V2O5均勻生長於高導電的石墨烯表面，獲得了一種超薄V2O5/石墨烯（A-V2O5/G）二維異質結新材料，充分結合無定形V2O5本身豐富的活性位點、離子擴散路徑短的優點和石墨烯高導電性、良好機械穩定性的優點，實現了高效離子—電子協同傳輸，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（每克0.1安培）的電流密度下，具有489 mAh/g（每克489毫安時）的高容量，遠高於目前報導的鋅離子電池的比容量。同時表現出優異的倍率性能，在大電流70 A/g時，仍保持高達123 mAh/g的容量。此外，以V2O5/石墨烯異質結為正極，構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。
本項工作為發展高效電子—離子協同增強的二維異質結材料提供了新策略，為構建高效電化學能源器件提供了新思路。
相關論文信息： https://doi.org/10.1002/aenm.202000081