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环境与材料工程学院在水系锌离子电池正极方面取得研究进展
作者:     日期:2022-06-02     来源:环境与材料工程学院     阅读:

近期,yabo亚博国际姜付义和孙建超研究团队在中科院一区Journal of Energy Chemistry(IF:9.676)上发表了题为“Electrochemically induced phase transition in a nanoflower vanadium tetrasulfide cathode for high-performance zinc-ion batteries”的论文,提出了在初始循环中从四硫化钒到焦钒酸锌的相变反应机制,以及在后续循环中Zn2+在焦钒酸锌中的可逆嵌入脱出机制。该论文第一作者为yabo亚博国际环材学院硕士研究生高士哲。

水系锌离子电池凭借其低成本、高安全性、环境友好等优点在大规模储能应用中显示了广阔的市场前景。与其他种类的正极材料相比,钒基化合物因其快速的多电子氧化还原反应、高的比容量、良好的循环稳定性,被认为是最具有竞争力的水系锌离子电池正极材料。迄今为止,钒基正极材料发展迅速,其中,具有类石墨烯层状结构的硫化钒受到了极大的关注。然而,目前报道的VS4容量和循环寿命仍然不尽如人意,尤其是在高电流密度下(>3 A g-1)。最重要的是,电化学反应机理仍存在争议。因此,在构建高性能Zn-VS4电池的背景下对储能机理的研究至关重要。

图1.(a)S 2p非原位XPS,(b)VS4/CNTs电极循环300圈之后的形貌图,(c)VS4/CNTs电极在循环过程中的反应机理示意图。

该工作报告了一种通过简便的水热法合成的VS4/CNTs正极材料。结合结构和电化学机理的研究,提出了初始循环中从VS4到ZVO的相变反应机制。随后,Zn2+在ZVO的开放框架结构中可逆地嵌入/脱出。 得益于ZVO的高Zn2+扩散系数和较大的晶面间距,正极材料提供了高可逆容量(1 A g-1时为238 mAh g-1),以及良好的倍率(0.25-7 A g-1)和循环性能(5 A g-1下1200次循环)。这样的结果表明,具有片状纳米花结构的VS4/CNTs作为水系锌离子电池的正极材料具有广阔的前景。

 

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.01.003