Small:V3O7·H2O纳米带/还原氧化石墨烯复合材料在水系锌离子电池中的电化学诱导相变

锂离子电池虽然已广泛地应用于各类电子设备中,如手机、电脑和电动车,但其使用有机电解液,和枝晶锂的产生容易导致安全问题甚至爆炸。因此,其他种类的水系离子电池成为了新的研究热点,例如水系锌离子电池。锌离子电池具有价格便宜、合成要求低、容量密度高等特点,从而受到了广泛的关注。然而锌离子在水系电解液中半径徒增,导致了对材料的结构要求更高。钒因为具有较为丰富的氧化态和晶体结构,能够充分满足电极材料的要求,因此成为了极具潜力的锌离子电池正极材料。目前研究者普遍认为,钒基氧化物的锌离子存储过程是简单的嵌入和脱出过程,常常忽略了伴随而来的相变过程。由于研究目前都局限于首次充放电的过程,导致了很多逐渐变化的过程被忽视。

丹麦技术大学化学系的NanoChemistry课题组通过微波的方法合成了V3O7·H2O纳米带/还原氧化石墨烯复合材料。经过系统的研究发现,纳米带的形成需要通过控制添加的酸种类和调节pH而获得。该纳米带在形成过程中先形成层状的薄膜,然后经过取向生长而获得。经过与还原氧化石墨烯的复合后,该材料展示了优越的循环性能和倍率性能,这一性能优于同样方法得到的纯V3O7·H2O纳米带、纯还原氧化石墨烯、V2O5 纳米带和V5O12·6H2O 薄膜。此外,通过观测循环伏安特性曲线的形状变化,逐渐相变的过程得到了证实。V3O7·H2O在存储锌离子的过程中形成了新相Zn3(VO4)2

研究者相信,此项研究将会为纳米带的合成和锌离子电池原理提供新的思路。相关论文在线发表在Small上,并于当期Inside Back Cover做简要介绍。 博士生曹会丽 (Huili Cao)为本文的第一作者兼通讯作者,通讯联系人还有研究员肖鑫鑫(Xinxin Xiao)和副教授Susanne Mossin。

论文信息:

Electrochemically Induced Phase Transition in V3O7 · H2O Nanobelts/Reduced Graphene Oxide Composites for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

Huili Cao*, Zhiyong Zheng, Poul Norby, Xinxin Xiao*, Susanne Mossin*

Small

DOI: 10.1002/smll.202100558