曹国忠/刘超峰/宗泉AEM：高性能水系锌离子电池，循环2000次容量保持91%！

对于水系锌离子电池的发展，开发具有快速动力学和可接受的循环稳定性的钒基正极材料是至关重要的。

图1 材料表征

华盛顿大学曹国忠、同济大学刘超峰、中国计量学院宗泉等通过简便的水热法将过渡金属离子（Zn²⁺）和有机离子（Ch⁺）共同插入到层状的V₂O₅中，并研究了其作为水系ZIBs的正极。

协同共插的策略，以及产生的氧空位扩大了层间距，为Zn插层提供了更多的活性位点，提高了电子/离子导电性，并加强了结构，其中Zn²⁺可以作为支柱稳定V-O层，有机离子缓解了Zn²⁺和宿主框架之间的静电作用，加速了反应动力学。

图2 电化学性能研究

实验和理论结果显示，在优化的电极中，Zn²⁺（去）插层储存过程是可逆的，而且Zn²⁺扩散能垒很低。

预插层Zn²⁺和Ch⁺的协同作用使(Zn_0.1, Ch_0.1)V₂O_4.92·_0.56H₂O正极在0.1 A g^-1时表现出473 mAh g^-1的放电容量，能量效率高达88%，循环稳定性极佳，在4 A g^-1的条件下循环2000次后保持91%，这有望促进水系ZIBs的应用。

图3 电化学反应动力学分析

Dual Effects of Metal and Organic Ions Co-Intercalation Boosting the Kinetics and Stability of Hydrated Vanadate Cathodes for Aqueous Zinc-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301480

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