【中國科學報】釩基二維異質結材料成功構建高性能鋅離子電池
2020-11-30 中國科學院【中國科學報】釩基二維異質結材料成功構建高性能鋅離子電池
2020-04-27 中國科學報 劉萬生 王瀟
語音播報
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
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
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大連化物所利用釩基二維異質結材料構建高性能鋅離子電池
大連化物所利用釩基二維異質結材料構建高性能鋅離子電池 2020-04-27 大連化學物理研究所 ，製備出二維無定形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。 -
強耦合效應二維異質結材料成功用於鋅離子電池—新聞—科學網
，實現了對釩基正極材料的有效保護，極大緩解了釩溶解問題，獲得了高安全、低成本、長壽命水系鋅離子電池。相關研究成果發表在《能源存儲材料》上。 近年來，水系二次鋅離子電池憑藉其安全性能高、成本低、環境友好和鋅儲量豐富等優勢，在儲能設備中展現出巨大的應用前景。釩基材料是一種典型的高容量鋅離子電池正極材料，但存在溶解、體積膨脹、電子導電性差等問題，導致器件循環性能差。因此，亟待開發長壽命、高容量、高導電的釩基正極材料。 -
大連理工《JMCA》：高性能可充電鋅離子電池的自支撐正極材料！
導讀：本文報導了一種在鹼處理碳布上原位生長的二維水合釩酸銨納米片作為高性能鋅離子電池（ZIBs）的自支撐正極的方法。在可充電電池中，鋰離子電池因其能量密度高而被認為是最有前途的間歇可再生能源存儲技術；但其安全性差、成本高，阻礙了其進一步大規模應用。作為另一種選擇，除了擁有與LIBs類似的搖椅機制外，水性可充電鋅離子電池（ARZIBs）更安全，且資源儲備更廣泛。 -
大連理工《JMCA》：高性能可充電鋅離子電池的自支撐正極材料
導讀：本文報導了一種在鹼處理碳布上原位生長的二維水合釩酸銨納米片作為高性能鋅離子電池（ZIBs）的自支撐正極的方法。以此材料組裝的紐扣ZIB在0.1 A g-1的電流密度下能達到523 mA h g-1，能量密度達到343 W h kg-1@150 W kg-1。在組裝成準固態柔性ZIB時，能夠保持良好的穩定性。 -
科學家首次成功製備新型半導體異質結材料—新聞—科學網
上海科技大學物質科學與技術學院教授於奕課題組與美國普渡大學研究團隊合作，在新型半導體異質結研究中取得重要進展，首次成功製備並表徵了二維滷化物鈣鈦礦橫向外延異質結 -
:本徵結構穩定的釩基正極材料助力水系鋅離子電池
【研究背景】水系鋅離子電池（ZIBs）憑藉著鋅金屬負極的諸多優點受到了廣泛的關注（1. 安全、環保、低成本；2. 高理論比容量和低氧化還原電勢；3. 在水中高的電化學穩定性），已成為最近幾年新的研究熱點。 -
盧紅斌課題組在構建交替排列的石墨烯基二維異質結構取得重要進展
，但目前的合成策略仍面臨著多層異質結構構建和大規模生產的挑戰。為了解決此問題，復旦大學高分子科學系盧紅斌課題組報告了一種基於非剝離層狀氧化石墨烯(LGO)的主客體策略，以構建由多層交替排列的石墨烯和金屬氧化物納米片組成的石墨烯基異質結構。二維排列的氧化石墨烯和開放的層內空間使LGO成為創建周期性二維宿主框架的理想平臺。 -
復旦盧紅斌團隊在構建交替排列石墨烯基二維異質結構獲重要進展
二維異質結構在集成材料設計中具有廣闊的應用前景，但目前的合成策略仍面臨著多層異質結構構建和大規模生產的挑戰。為了解決此問題，復旦大學高分子科學系盧紅斌課題組報告了一種基於非剝離層狀氧化石墨烯(LGO)的主客體策略，以構建由多層交替排列的石墨烯和金屬氧化物納米片組成的石墨烯基異質結構。 -
上海大學魯雄剛教授團隊開發出高性能水系鋅離子電池的正極材料
由於磷酸鐵鋰電池能量密度提升空間有限，隨著對動力電池能量密度要求的大幅提升，動力電池向鎳鈷錳NCM三元材料轉換已成為必然選擇。然而，安全性較差的有機系電解液仍舊阻礙了鋰離子電池邁向大規模商業化應用。鑑於此，發展安全係數高、易於製備、離子電導率高的水系電解液展現出巨大的競爭力。 -
構築更好的鋅離子電池
本綜述介紹了鋅離子電池研究的基礎問題、挑戰和最新的發展。詳細地討論了鋅離子電池的各個部分，從鋅負極到一系列重要的正極材料。此外，還探討了電解質選擇對電池性能的影響，並總結可能的優化策略。最後，對鋅離子電池，混合鋅基電池和柔性鋅基電池的發展提出展望。 -
汪國秀團隊再發《Nature Commun》多層異質結，讓電池更穩定
導讀：本文通過構建多層異質結結構，製備了VOPO4-石墨烯複合電極。特殊的2D多層異質結結構具有極好的結構穩定性，使電極在鈉離子電池、鉀離子電池、鋅離子電池和鋁離子電池中均具有良好的電化學性能。這一研究為未來電極材料結構的設計提供了很好的借鑑和指導。 -
二維材料及其異質結構的模型構建,基本性質、吸附性質、催化性質計算
自2004年石墨烯問世以來，二維材料一直是材料研究領域的焦點之一。本課程旨在通過講授二維材料及其異質結構的模型構建，基本性質、吸附性質、催化性質計算，幫助科研人員系統了解二維材料計算的思路，掌握基本的和先進的計算方法，將計算應用於日常實驗、科研思路的分析之中。 -
原位電化學策略誘導生成VS2/VOx異質結構,實現高容量的鋅離子和銨根離子存儲
但是，在眾多的水系電池正極材料中，過渡金屬硫化物受到的關注較少，與其在有機體系電池中的研究情況形成鮮明對比。這一現象的主要原因在於過渡金屬硫化物在水系環境下的不穩定性，導致其表現出的容量不夠高，工作電壓較低以及容量衰減過快。因此，提高其容量和工作電壓，開闢高性能過渡金屬硫化物水系電池正極材料的新領土仍然是個難題。 -
二維材料領域的「新大陸」- 範德瓦爾斯異質結
本文將以這一發現為引子，介紹新型範德瓦爾斯異質結這個二維材料研究領域的新大陸。經典的樂高積木作品——石墨烯/氮化硼異質結本文主要介紹由石墨烯和氮化硼構成的異質結，可以說這是最為經典的「樂高作品」。石墨烯是二維材料中的「明星」，它擁有很多優秀的性質，其中對電子器件應用來說至關重要的是，它具有很高的電子遷移率，因此一度被認為有望替代矽作為新一代電子元件的材料。 -
北航：異質結結構對鈉離子電池負極的巨大提升作用
導讀：本文通過構建金屬硫化物/硒化物異質結結構，大幅提高了電極在鈉離子電池中的電化學性能。通過第一性原理計算，對於電化學反應過程中的界面上的協同效應進行了分析證明。該研究為後續鈉離子負極材料異質結結構的研究設計提供了借鑑和指導。 -
南開大學陶佔良團隊：開發新型鋅插層正極材料用於水系鋅離子電池
水性鋅離子電池(ZIBs)因其獨特的鋅負極優勢，包括高理論比容量(820 mAh g−1)，較低的氧化還原電位(−0.76 V vs 標準氫電極)，以及在弱酸性電解液中優良的穩定性，因此正受到越來越多科研人員的關注。 -
寧波材料所在有機/無機異質結太陽能電池方面取得系列進展
當前矽基太陽能電池實驗室效率的世界紀錄（25.6%）是由日本松下公司創造的，其器件結構是基於晶體矽/非晶矽薄膜的異質結形式（HIT電池）。借鑑HIT結構，新近發展起來的單晶矽/有機物異質結太陽能電池採用在矽基底上旋塗相應的導電有機物，再沉積上、下金屬電極的簡單途徑即可完成器件製備。 -
【電池前沿】| 鮑哲南、崔光磊、李寶華、王成新、曹國忠、吳忠帥...
A: 釩氧化物基水系鋅離子電池的衰減機理 水系可充電鋅離子電池(ARZIB)採用金屬鋅作為負極、中性或弱酸水系電解液以及Zn2+為host材料，具有不燃性、來源豐富、氧化還原電位適宜( 0.76 V vs. SHE)、體積密度高等優點，在近年來受到科研人員的廣泛關注。 -
...李寶華、王成新、曹國忠、吳忠帥、唐子龍等電池研究最新成果速覽
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科學家研製純相二維層狀鈣鈦礦太陽能電池
科研團隊首次成功實現了純相的二維鈣鈦礦薄膜及其高穩定性太陽能電池。中國科學院院士、西北工業大學柔性電子前沿科學中心首席科學家黃維、南京工業大學先進材料研究院教授陳永華和澳門大學應用物理與材料工程研究院教授邢貴川，首次報導了通過前驅體離子間配位作用、分子間相互作用調控獲得近單分散的鈣鈦礦前驅體膠束粒子中間相，通過溶劑揮發獲得不同量子阱寬度的純相二維鈣鈦礦薄膜。