三单位AFM：镁离子掺杂和微结构工程助力钒酸铵正极5000次循环！

层状钒酸铵材料由于分子量小、离子半径大，因此具有显著的重量比容量和离子传输速率。然而，Zn²⁺和V-O键的强静电相互作用以及N-H…O键的脆弱离子键阻碍了它们的发展。

图1 材料制备及表征

广东工业大学李成超、山东高等技术研究院郭瑞强、江苏大学刘云建等报告了掺入Mg²⁺的NH₄V₄O₁₀材料，其伴有花状形貌，可降低迁移能垒并抑制胺的溶解。研究显示，由于三维花状形貌以及Mg²⁺和结构水的共同作用，Zn²⁺…V-O的结合显著增强，并构建了额外的离子通道。

此外，预钝化的Mg²⁺增强了结构的完整性，防止了不可逆脱氨，从而获得了极佳的循环稳定性。密度泛函理论（DFT）计算证实，MNVO提供了更平滑的Zn²⁺扩散路径，迁移障碍更低。

图2 电化学性能研究

得益于这些优势，MNVO正极在0.1 A g^-1条件下显示出410 mAh g^-1的高比容量、令人满意的循环稳定性（在10 A g^-1条件下经过5000次循环后，容量保持率为 90.2%）以及0.4-1.5 V内的倍率能力（25 A g^-1条件下为118 mAh g^-1）。此外，作者还通过多重分析研究了MNVO正极的锌离子存储机制。

总体而言，这项工作为获得水系可充锌离子电池和其他金属离子电池的高性能正极提供了一个很有前景的方向。

图3 动力学研究

Magnesium Ion Doping and Micro-Structural Engineering Assist NH4V4O10 as a High-Performance Aqueous Zinc Ion Battery Cathode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202306205

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