Small Methods:氧化钇钒-PEDOT复合电极用于水系锌离子电池

水系锌离子电池(AZIBs)具有成本低、无毒和安全等优点,有望成为大规模储能的候选电池体系。Zn-MnO4、Zn-V2O5和Zn-普鲁士蓝等电池体系得到了很多关注,然而它们仍然面临活性物质溶解和循环不稳定等缺点。通过电极材料改性是一种有效提升性能的手段。其中,层状氧化钒VO材料可以通过金属离子或水分子预嵌入的方法来提升电池性能。无机-有机复合材料由于其丰富的结构化学和在电致变色或储能系统中的应用,其设计和合成得到了有效的探索。由有机和无机材料构成的复合材料不仅可以具有独特的结构,而且主体(无机)和客体(有机)的固有性质之间的协同影响可以显著提高储能系统的性能。有机体分子的插入组织扩展的层状结构,改善晶格主体材料的化学计量不稳定性。因此,由导电无机-有机复合材料构成的电极系统允许插入/移除多个电子或离子,如Li+、Na+、Mg2+和Zn2+,以获得足够的可循环性。基于高倍率性能,聚苯胺、聚吡咯和聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)等聚合物被认为是制备复合电极的有机模板剂。已经研究了导电聚合物嵌入金属氧化物中,它们可能通过相变或增强层间结构影响晶格。PEDOT已被证实具有聚吡咯和聚苯胺的多功能特性,展示了许多应用。例如,它用作涂层剂,在氧化物材料中形成氧空位,并从外部增强导电性,以防止V2O5在储能系统中粉碎。

郑州大学博士研究生James Kumankuma-Sarpong郭玮副教授和付永柱教授通过使用3,4-亚乙基二氧基噻吩(EDOT)单体的聚合物嵌段来修饰YVO材料的晶体结构,从而改善了YVO材料的电化学性能。在一种简便的水热技术中,EDOT单体的化学氧化聚合同时被并入并插层到YVO的整个纳米棒结构中,具有本征和非本征结晶改善。聚合产生的协同效应表明聚合物无机氧空位和结构调制,因此,YVO纳米棒转变为层状纳米立方结构(PEDOT@YVO)在合成技术上是可能的。此外,YVO晶体结构的晶面间距增大,表明层间空间之间的有效整合。更重要的是,比较无聚合物的电化学参数和聚合物结构的YVO表明PEDOT@YVO纳米立方复合阴极具有良好的导电性和长寿命的电化学稳定性。该PEDOT@YVO在0.2C倍率下获得308.5 mAh/g的初始比容量,高于纯YVO的125.5 mAh/g。它还具有4000次循环的长期稳定放电-充电循环性能,在1C速率下的容量保持率为79.2%,优于YVO(29.4 mAh/g)。复合材料的氧空位和导电性的提高是其电化学性能增强的原因。因此,本研究揭示了另一种构建独特电极以提高层状化合物电化学性能的途径。

论文信息:

Yttrium Vanadium Oxide-Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Composite Cathode Material for Aqueous Zinc-ion Battery

James Kumankuma-Sarpong, Wei Guo*, Yongzhu Fu*

Small Methods

DOI: 10.1002/smtd.202100544

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smtd.202100544