作者:温才妃 许文艳 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/28 20:21:31
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高倍率、长循环寿命
水系锌离子电池获突破

MnVOH和VOH电极材料结构示意图和性能对比图  兰州大学供图

日前,兰州大学物理科学与技术学院教授彭尚龙和副教授黄娟娟团队将层间修饰策略和赝电容行为结合起来应用于钒氧化物正极材料,获得了高倍率和长循环寿命水系锌离子电池,为水系锌离子电池的发展提供了新的思路。该研究工作成果以《氧化钒和水系锌离子在超高速持久水电池中的迁移调控》为题发表在《尖端科学》上。

开发具有低成本和高安全性的二次电池技术一直受到世界各国的高度关注。可充电的水系锌离子电池具有高体积比容量、高安全性、易组装、低成本、环境友好和锌资源丰富等诸多优点,有望成为替代锂离子电池的一种二次电池。层间修饰策略应用于传统层状电极材料,被证明可有效加强层状结构稳定性,并减小充放电过程中相转变引起的结构破坏,可提升电极材料的循环稳定性。而新型的插层赝电容材料具有快速储存离子的特性,因此拥有高的倍率性能。

他们通过实验数据分析,并结合离散傅里叶变换第一性原理计算,对Mn2+引入增强钒基氧化物正极材料电化学性能进行了深入分析。针对制备的具有较大层间距和大量氧缺陷的钒氧化物,通过层间引入Mn2+调控材料的层间微结构和电子结构,他们提高了钒氧化物的导电性和增强了结构稳定性,同时实现对锌离子迁移路径的调控和插层赝电容特性。他们将其用做水系锌离子正极,展现出了高容量、高倍率和良好的循环稳定性。在电流密度为0.2安每克时,电池可提供456毫安时每克的高比容量;在电流密度为40安每克时,电池可提供173毫安时每克的高比容量,并且在10安每克下的电流密度下,循环5000次仍能保持80%的比容量。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/advs.202004924

 
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