非晶態過渡金屬氧化物因其豐富的不飽和懸鍵而具有潛在的理想電化學特性，因此在儲能設備中備受關注。然而，非晶化進一步擴大了金屬氧化物內在電子導電性差的缺點，這導致其倍率能力和功率密度不能令人滿意。

圖1 材料制備及表征

中科院蘇州納米所張其沖、李清文、東南大學王春雷、新加坡南洋理工大學Lei Wei等通過對鈣摻雜的VO₂納米陣列進行原位電化學氧化，成功制備出自支撐的非晶態鈣摻雜V₂O₅（a-Ca-V₂O₅）正極，并用于可穿式水系鋅離子電池（WAZIBs）。研究顯示，鈣的摻入和自支撐結構的構建有效地發掘了非晶態V₂O₅的潛力，使其能夠充分利用豐富的活性位點實現高容積容量，同時實現快速反應動力學以獲得優異的倍率性能。

圖2 不同電極的電化學性能對比

更重要的是，理論計算顯示，Ca的引入可顯著降低VO₂的形成能，并在充放電過程中實現非晶到晶體的可逆轉換化學反應，從而促進了a-Ca-V₂O₅的可逆容量。得益于上述優勢，組裝的柔性水系鋅離子電池在電流密度為0.1 A cm^-3的情況下實現了597.22 mAh cm^-3的超高容量和408.37 mWh cm^-3的驚人能量密度。

總體而言，這項工作為設計具有良好反應動力學和結構穩定性的柔性非晶態氧化釩正極開辟了一條有效途徑，可用于下一代可穿戴式水系鋅離子電池。

圖3 柔性水系鋅離子電池的性能

Emerging Amorphous to Crystalline Conversion Chemistry in Ca-Doped VO2 Cathodes for High-Capacity and Long-term Wearable Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.20230390