合理设计双相CaV2O6/NaV6O15正极材料实现长寿命水系锌离子电池

Brief background

可充电水系锌离子电池具有成本低、安全性高和环境友好等特点。它们有望在电网调节、风能和家庭储能等储能系统中实现快速发展。作为水系锌离子电正极材料，钒基材料以其多样的价态和晶体结构及高输出能力受到人们广泛关注。然而，锌离子与钒基宿主材料结构之间存在较强的静电斥力，导致了其缓慢的反应动力学行为。此外，V元素的溶解显著地降低了电极材料的利用率。因此，人们提出了一些电极材料结构改性策略，如碳基材料涂层、离子预嵌入和缺陷工程等方法。

Problems addressed

我们采用水热法设计了具有丰富活性位点的新型双相CaV2O6/NaV6O15电极材料。通过调节Ca离子的用量优化了样品的储锌容量。相界面的形成为锌离子提供了充足的扩散通道。组装的Zn//5Ca-NVO电池在5 A g-1的电流密度下输出284 mAh g-1的初始比容量。经过2000次循环，它们的比容量保持在312 mAh g-1，容量保持率高达85%。此外，它们在电流密度10 A g-1时其比容量为276 mAh g-1，并实现6500的长循环寿命。

Major highlights

1. 通过界面工程策略制备了双相共存的CaV2O6/NaV6O15复合电极材料

2. 与单相材料相比，它们可提供丰富的相界面，缩短了离子的传输路径，并提供许多迁移通道

3. 通过调节Ca2+含量，复合电极材料呈现出大量的活性位点

4. 此双相复合材料作为水系锌离子电池的正极可以实现较高的比容量、快速的电化学动力学和超长的循环寿命

该研究工作以“Rational design of bi-phase CaV2O6/NaV6O15 cathode materials for long-life aqueous zinc batteries” 为题发表在能源环境领域旗舰期刊EcoMat (EOM2-2023-0097.R1)。论文共同第一作者为沈阳工业大学博士研究生刘颖和刘伊同学，通讯作者为武祥教授。

审核编辑：刘清