钒基二维异质结材料成功构建高性能锌离子电池

利用钒基二维异质结材料构建高性能锌离子电池

最近，中国科学院大连化学物理研究所研究员吴忠帅开发了二维模板离子吸附策略，制备二维非晶五氧化二钒(V2O5)/石墨烯异质结构新材料，实现高效的离子-电子协同传输，获得高安全性、低成本、高性能的水基锌离子电池。相关研究成果发表在《先进能源材料》上。

水基锌离子电池因其安全性高、成本低、锌储量丰富而受到广泛关注。开发低成本、高容量的阳极材料一直是锌离子电池研究领域的难点。目前，钒基材料具有多价离子反应机理和高容量的特点，是一种很有前途的阳极材料。然而，其本体材料存在反应位点少、电子电导率低、体积膨胀等问题。，导致低容量和差的循环性能。因此，迫切需要开发高容量、高倍率、长寿命的钒基负极材料，以满足锌离子电池的应用需求。

研究人员开发了一种二维模板离子吸附策略。非晶V2O5在高导电石墨烯表面均匀生长，得到一种新型超薄V2O5/石墨烯(A-V2O5/G)二维异质结材料。充分结合石墨烯活性位点丰富、离子扩散路径短、电导率高、机械稳定性好的优点，实现高效的离子-电子协同传输，获得高容量、高倍率、长寿命、高安全性的水基锌离子电池。在0.1 A/g (0.1安培/克)的电流密度下，它具有489毫安/克(489毫安/克)的高容量，这比迄今报道的锌离子电池的比容量高得多。同时，它表现出优异的倍率性能，在70 a/g的大电流下仍保持高达123 mAh/g的容量。此外，V2O5/石墨烯异质结被用作正电极来构建平面微型锌离子电池。该电池具有高容量、长寿命和良好的集成特性，证明了其作为高安全性、低成本和可穿戴储能装置的潜力。

该工作为开发高效电子-离子协同增强的二维异质结材料提供了新的策略，也为构建高效电化学能量器件提供了新思路。

相关论文信息:https://doi.org/10.1002/aenm.202000081