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水系鋅離子電池具有獨特的優(yōu)勢，例如用于大規(guī)模儲能的成本效益高和不可燃性。然而，由于正極材料的發(fā)展、緩慢的本征離子/電子動力學(xué)和不令人滿意的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。

為此，東南大學(xué)徐峰教授、哈爾濱工程大學(xué)朱凱副教授及沈陽工業(yè)大學(xué)胡方副教授等人報道了簡便的一步水熱方法制備的具有氧空位（NH₄V₄O_10-x）和還原氧化石墨烯 (rGO) 表面改性的高性能NH₄V₄O₁₀正極（NH₄V₄O_10-x@rGO）。該復(fù)合材料呈現(xiàn)出3D花狀形態(tài)，在電解液和電極材料之間提供了足夠的接觸面積和較短的鋅離子運輸途徑。

同時，rGO充當導(dǎo)電介質(zhì)以提高正極的導(dǎo)電性。DFT計算表明，氧空位可以有效地減輕靜電相互作用，因為在形成Zn-O鍵時需要更少的電子，這可以導(dǎo)致更多電子轉(zhuǎn)移到周圍的釩原子并增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖1. NH₄V₄O_10-x@rGO正極的電化學(xué)性能

由于rGO和氧空位的協(xié)同組合，所制備的NH₄V₄O_10-x@rGO具有顯著的電化學(xué)性能和高能量密度（260.1 Wh kg^-1，功率密度為657.2 W kg^-1）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（2000次循環(huán)后容量保持率為90.5%）和良好的倍率能力（187 mAh g^-1@20 A g^-1）。

這項工作證明了缺陷化學(xué)和表面工程在電化學(xué)性能增強中的重要性，并為多價離子電池系統(tǒng)的高性能金屬氧化物正極設(shè)計提供了新的見解。

圖2. DFT計算研究氧空位的影響

Deficiency and Surface Engineering Boosting Electronic and Ionic Kinetics in NH₄V₄O₁₀ for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Battery, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.001

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徐峰/朱凱/胡方EnSM: 高能鋅離子電池NH4V4O10正極的缺陷和表面工程

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