Mn0.15V2O5·nH2O鋅離子電池正極材料的層間摻雜策略助力

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大以及循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。然而，鋰資源的稀缺性以及成本問(wèn)題制約了鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用。相對(duì)于鋰而言，鋅元素在地殼中的分布廣泛、儲(chǔ)量豐富，使得鋅離子電池具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)。然而，帶有多價(jià)態(tài)電子的鋅離子在正極材料中嵌脫緩慢，動(dòng)力學(xué)性能較差，嚴(yán)重影響了電池的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。因此，仍需開(kāi)發(fā)新型高性能正極材料。

圖1. Mn0.15V2O5·nH2O正極材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及電化學(xué)性能

利用層間錳離子與水分子摻雜來(lái)協(xié)同提高五氧化二釩正極材料的鋅離子傳輸動(dòng)力學(xué)，并研究了其作為鋅離子電池正極材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋅性能和機(jī)理。結(jié)果表明，合成的Mn0.15V2O5·nH2O表現(xiàn)出**的鋅儲(chǔ)存性能，其可逆容量高達(dá)367 mAh g-1（0.1 A g-1）。在10和20 A g-1的大電流密度下循環(huán)8000圈后，其比容量仍能保持在153和122 mAh g-1。即使在-20 oC的低溫下，電流密度為2.0 A g-1時(shí)，循環(huán)2000圈，比容量可以穩(wěn)定在100 mAh g-1。

該材料**的電化學(xué)主要?dú)w根于其層間摻雜錳離子與水分子的協(xié)同作用，不僅提高了電極材料電子導(dǎo)電性，而且**增強(qiáng)了鋅離子嵌入脫出動(dòng)力學(xué)。并且由于離子柱撐作用以及局域電荷相互作用，該電極材料在循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得以大幅提升。

該工作借助非原位XRD、TEM等表征技術(shù)，對(duì)Mn0.15V2O5·nH2O電極材料的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌在充放電過(guò)程中的變化進(jìn)行了深入研究，揭示了其電化學(xué)儲(chǔ)鋅機(jī)理，為高倍率、長(zhǎng)循環(huán)性能鋅離子電池正極材料的設(shè)計(jì)合成提供了依據(jù)。

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小編：wyf  04.22