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可充電水系Zn-VOx電池在大規(guī)模儲能應用中備受關注。然而，其緩慢的Zn²⁺擴散動力學和模糊的結構-性質關系始終限制著電池巨大潛力的實現(xiàn)。

在此，東北大學宋禹團隊通過電沉積合成了具有高度無序結構的氧化釩納米帶（VO-E）。并將其作為水系鋅離子電池（AZIB）的正極材料進行了初步研究。

該電極實現(xiàn)了高容量、良好的速率和循環(huán)性能。通過形態(tài)分析表明，VO-E擁有一個有趣的非晶態(tài)-結晶異質結構。而VO-E中的異質界面網(wǎng)絡最大限度地提高了界面效應，并促進了電荷在塊狀電極中的轉移，從而引起了卓越的電化學性能。

此外，DFT計算和AIMD首次模擬了具有非晶態(tài)-結晶異質結構的氧化釩。結果表明，Zn和H原子可能與VO-E的O 在無定形-晶體界面附近與VO-E的位點結合。

圖1. 形貌和動力學研究

研究表明，VO-E電極表現(xiàn)出良好的電化學性能，如高重量/面積容量，良好的倍率性能，以及較長的循環(huán)壽命，優(yōu)于其他報道的最先進的基于VOx的AZIB電極。具體而言，在電流密度為0.5 A g^-1時，VO-E電極表現(xiàn)出516 mAh g^-1的高放電容量（質量負載：1.6 mg cm^-2），這比它的結晶對應物（VO-A）和大多數(shù)報道的用于AZIBs的V基陰極材料要好。

當質量負載增加到16.2mg cm^-2時，該電極仍然達到了300 mAh g^-1的高容量表現(xiàn)出良好的速率和循環(huán)性能。與晶體和非晶體結構相比，該異質結構表現(xiàn)出有利的陽離子吸附和低離子擴散能壘。非晶-結晶界面網(wǎng)絡在VO-E中的重要作用被揭示出來，對人們在Zn-V電池之外開發(fā)更多的電化學儲能系統(tǒng)具有深刻意義。

圖2. 氧化釩電極的電化學性能

Vanadium oxides with amorphous-crystalline heterointerface network for aqueous zinc-ion batteries,?Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202216290

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東大Angew.：?用于水系鋅離子電池的非晶態(tài)異質界面氧化釩

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