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葉明新/沈劍鋒Small: Zn//VEG@MXene電池，循環3000次容量保持85.2%！

釩基衍生物具有可承受的成本和高理論容量，因此其在水系鋅離子電池（ZIBs）的應用引起了廣泛的興趣。然而，釩基材料的進一步應用受到有限的導電性和循環壽命的阻礙。

在此，復旦大學葉明新教授、沈劍鋒教授等人通過一步油浴加熱工藝合成了生長在Ti₃C₂T_x MXene納米片上的一維鏈狀結構的乙二醇氧釩（VEG@MXene），并將其作為ZIB的復合正極材料。受益于具有高電導率和豐富反應位點的混合結構，VEG@MXene正極表現出優異的比容量（360.3 mAh g^-1@ 0.5 A g^-1）及令人印象深刻的容量保持率（在10 A g^-1下3000次循環后仍高達85.2%）。

這表明MXene作為導電添加劑不僅提高了電導率，促進了放電/充電過程中鋅離子的擴散，而且在高電流密度下可以有效抑制釩基復合材料的結構坍塌。此外，Zn// VEG@MXene紐扣電池還可以成功地為發光二極管 (LED) 和電子手表供電。

圖1. Zn//VEG@MXene電池的電化學性能

為了更好地理解VEG@MXene正極的上述優異性能，作者進行了電化學測試，包括循環伏安（CV）、恒電流間歇滴定技術（GITT）和電化學阻抗譜（EIS）。結果表明，在高電流密度下，電容控制過程在總貢獻中占據主導地位，而且Mxene的作用也得到證實。

此外，非原位表征（XRD、XPS）表明原始VEG通過原位電化學轉化實現了到Zn₃V₂O₇(OH)₂·2H₂O（ZVO）的逐漸相變，并證明了后續鏈狀VEG和層狀ZVO結構中快速且高度可逆Zn²⁺嵌入/脫嵌。這項工作表明，設計導電性增強的釩基材料是開發有前途的ZIBs正極材料的合理方法。

圖2. VEG@MXene電極的鋅離子存儲機制

In Situ Electrochemical Transformation toward Structure Optimized VEG@MXene Cathode for Enhanced Zinc-Ion Storage, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105325

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