纪秀磊AM：新型Fe2+存储机制实现高性能水系铁电池

2023年10月15日上午10:48 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 69

铁离子电池由于其低成本和与水系电解液的兼容性而有望用于电网储能，然而目前使用Fe²⁺作为电荷载体的铁离子电池尚未得到广泛探索，并且缺乏与铁金属负极耦合的高性能Fe²⁺主体正极材料。

在此，美国俄勒冈州立大学纪秀磊教授等人证明了VOPO₄∙2H₂O可以可逆地承载Fe²⁺，在平均电位为≈0.6 V（vs Fe²⁺/Fe）时具有100 mAh g^-1的高比容量和稳定的循环性能，在800 次循环后可以保持68% 的初始容量。

与此形成鲜明对比的是，当VOPO₄∙2H₂O承载Zn²⁺时会在水系电解液中会遭受快速溶解且其容量在数十个循环后急剧下降。

图1. VOPO₄∙2H₂O的表征

研究表明，VOPO₄∙2H₂O以一种独特的机制储存Fe²⁺，当VOPO₄∙2H₂O电极接触电解液时，电解液中的Fe²⁺离子被氧化成Fe³⁺离子，在无电氧化反应的情况下嵌入并困在VOPO₄∙2H₂O结构中。

因此，被捕获的Fe³⁺固定（拴住）了VOPO₄∙2H₂O的层状结构，这防止了其在Fe²⁺的（脱）嵌入过程的溶解。这项发现为使用氧化还原活性离子电荷载体来稳定层状电极材料提供了一个新的策略。

图2. VOPO₄∙2H₂O的电化学性能

Fe-Ion Bolted VOPO₄∙2H₂O as an Aqueous Fe-Ion Battery Electrode, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105234

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