ChemNanoMat:V2CTx衍生V2O3@C多孔片结构用于提高锌离子储存能力

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随着人们对电子通讯器件、新能源汽车以及电网级储能技术的需求日益增长,亟需开发安全高效、环境友好、低成本的二次电池。锌离子混合电容器(ZICs)具有环境友好、安全性高、装配简单等优点,在储能领域具有很强的应用潜力。然而,ZICs的发展一直受到缺乏良好锌离子嵌入型正极材料的限制,现有正极材料通常容量较低或循环性能较差。因此,开发具有高容量、低成本和长寿命的正极材料至关重要。V2O3具有较高的理论容量和开放的晶体结构,有利于锌离子的运输与存储而受到广泛关注。


近日,济南大学原长洲教授团队发展了一种少层Mxene衍生合成策略,以少层V2CTx(f-V2CTx)为原料,通过水热反应和退火处理成功制备了碳包覆V2O3多孔纳米线组成的片状材料(V2O3@C),并将其用作锌离子存储的正极材料。借助独特的多孔片状形貌,缓冲钒氧化物在充放电时的体积膨胀,有效提高材料的结构稳定性;此外,V2O3原位晶格畸变获得丰富的缺陷,使得锌离子能够在V2O3@C中快速的嵌入和脱出,从而实现优异的倍率能力以及较高的比容量。


基于上述特征,V2O3@C正极在0.2 A g‒1电流密度时可提供380.0 mAh g‒1的高容量。同时,V2O3@C正极在 5.0 A g‒1表现出优异的循环稳定性,6500次循环后仍能保持为180.0 mAh g‒1。此外,组装的V2O3@C//AC ZIC器件在240 W kg‒1时具有30.2 Wh kg‒1的高能量密度,在1.0 A g‒1 循环10,000次后具有出色的容量保持率。该工作为设计合成稳定高效的ZICs正极材料提供了新颖且简单易行的策略,展示了用于水系ZICs的新型钒基正极材料的应用前景。



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图1.(a)初始f-V2CTx、(b,c)前驱体以及(d,e)V2O3@C的FESEM图像,(f)相应的元素(V、O和C)分布图像,(g, h, i)TEM图像。

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图2. V2O3@C正极材料的电化学性能。

文信息

Few-layer V2CTx in-situ derived porous V2O3@C flakes towards zinc ion capacitors

Huaqing Chen,† Yuyan Wang,† Chanjuan Liu, Jinfeng Sun,* Changzhou Yuan*

文章第一作者为济南大学硕士研究生陈华卿及王玉燕博士。


ChemNanoMat

DOI: 10.1002/cnma.202200394




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