上海光源朱大明EnSM: 隧道状结构的金属V5S8微粒用于高速稳定的锌离子储能

可充电水性锌离子电池 (AZIB) 在成本经济和安全运行方面极具竞争力。然而，由于缺乏可以实现强大的锌离子扩散的稳定正极材料，这大大阻碍了它们的发展。

在此，上海同步辐射光源朱大明等人报道了具有隧道状结构的金属V₅S₈微粒作为AZIB的正极材料。电化学测量表明，V₅S₈电极在0.1 A g^-1时表现出 240 mAh g^-1的高比容量，在10 A g^-1电流密度下表现出193.8 mAh g^-1的优异倍率性能，经1000 次循环后容量保持率达到创纪录的94%。

DFT计算表明，V₅S₈具有连续电子态的金属特性和低 Zn²⁺ 吸附/迁移能，显著增强了快速电子和离子传输。

图1. 基于V₅S₈电极的扣式电池的电化学性能

因此，即使是微米尺寸，V₅S₈也表现出前所未有的倍率性能，即当电流密度从 0.1 增加100 倍至 10 A g^-1时，容量保持率为80.75%。

进一步采用原位同步加速器 X射线衍射 (SXRD)、异位X射线光电子能谱 (XPS) 和DFT 计算来了解V₅S₈的反应机理。这些分析揭示了一种独特的自适应多级离子插入/提取过程（即依次插入Zn²⁺和H⁺，然后同时插入H⁺ 和Zn²⁺；可逆地提取），这导致了出色的倍率容量和循环稳定性。

图2. SXRD、XPS、DFT揭示的V₅S₈的反应机理

Metallic V₅S₈ Microparticles with Tunnel-Like Structure for High-Rate and Stable Zinc-Ion Energy Storage, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.026

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