近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所無機(jī)膜與催化新材料研究組研究員楊維慎和副研究員朱凱月團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池正極材料研究方面取得新進(jìn)展，發(fā)展了一種離子交換誘導(dǎo)相變方法，制備了具有超大層間距及高穩(wěn)定性的針釩鈣石ZnV6O16 8H2O（ZVO）新材料，并將其用作水系鋅離子電池正極，表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和長期循環(huán)穩(wěn)定性。
大連化物所開發(fā)出具有超大層間距及高穩(wěn)定性的釩基水系鋅離子電池正極新材料
水系鋅離子電池具有能量密度高、安全性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域潛力巨大。在正極側(cè)，層狀結(jié)構(gòu)的釩基材料由于其結(jié)構(gòu)靈活、氧化還原電位合適、比容量高等優(yōu)點(diǎn)，成為水系鋅離子電池正極研究的熱點(diǎn)，目前最具代表的材料是A2V6O16 nH2O（AVO，A=NH4+，Na，K）。但AVO層間距較?。ù蠹s3？），以及在水系電解質(zhì)中溶解嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致其電池倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性不理想。
本工作中，研究團(tuán)隊(duì)提出了離子交換誘導(dǎo)相變的方法，使用水合鋅離子取代AVO層間的A離子，可顯著增大層間距（大約6？）；在離子交換過程中還進(jìn)一步誘導(dǎo)AVO中由[VO6]八面體和[VO5]四方錐構(gòu)成的V6O16層，轉(zhuǎn)化成獨(dú)具[VO6]八面體構(gòu)成的V6O16層，后者在水中具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。得益于超大層間距和高穩(wěn)定性層結(jié)構(gòu)，ZVO在水系鋅離子電池中表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于AVO的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，例如，在0.5和15A/g下，分別具有365和170mAh/g的高容量，以及300次循環(huán)后其容量保持在86%，10000次循環(huán)后其容量保持在70%。
該工作不僅開發(fā)出一類高性能的水系鋅離子電池正極新材料，還提出了一種離子交換誘導(dǎo)相變的正極材料設(shè)計(jì)新策略，為大層間距且穩(wěn)定的正極材料的設(shè)計(jì)提供了新思路。
上述工作以“Hewettite ZnV6O16 8H2O with Remarkably Stable Layers and Ultralarge Interlayer Spacing for High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries”為題，于近日發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。該工作的第一作者是大連化物所副研究員朱凱月和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士研究生蔣偉康。上述工作得到了大連化物所創(chuàng)新基金、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”等項(xiàng)目的支持。
