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釩氧化物由于其高電化學(xué)性能而成為有前景的鋅離子電池（ZIBs）正極材料。然而，其低電導(dǎo)率仍然是進一步利用的主要障礙。即使是傳統(tǒng)導(dǎo)電基材的引入也無法在循環(huán)過程中保持復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

復(fù)旦大學(xué)沈劍鋒、葉明新等提出了一種通用策略，通過一步離子嵌入和MXene衍生的水合釩酸鹽的相變合理設(shè)計異質(zhì)結(jié)構(gòu)來制造高倍率正極。

復(fù)旦沈劍鋒/葉明新EnSM：25000次循環(huán)的高倍率和長壽命鋅離子電池！

首次報道了通過精細控制嵌入離子的類型和水合釩酸鹽的不同相變狀態(tài)，可以實現(xiàn)離子預(yù)嵌入V₂CT_x-MXene衍生物。以引入Mn離子為例，嵌入的Mn²⁺作為“支柱”通過化學(xué)鍵連接VO_n雙層，形成堅固的層狀結(jié)構(gòu)，并誘V⁴⁺離子的形成，從而擴大晶格間距。

此外，水合釩酸鹽繼承了V₂CT_x的本征電導(dǎo)率，可以加速Zn²⁺的擴散動力學(xué)。因此，預(yù)嵌入Mn²⁺和內(nèi)部導(dǎo)電骨架的雙重作用可以有效提高Zn²⁺的倍率性能和水合釩酸鹽的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 材料表征

結(jié)果，在10 A g^-1的高電流密度下，原位衍生化制備的Mn²⁺嵌入水合釩酸鹽和殘留V₂CT_x骨架的異質(zhì)結(jié)構(gòu)雜化物（MVO@VC）正極實現(xiàn)了289.6 mAh g^-1的超穩(wěn)定容量，在25000次循環(huán)后保持了92.9%，優(yōu)于δ型水合釩酸鹽正極和大多數(shù)報道的釩基正極。通過進一步調(diào)節(jié)離子嵌入，Li⁺/Al³⁺預(yù)嵌入水合釩酸鹽還具有高倍率容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。

這項工作的研究結(jié)果證實，來自V₂CT_x-MXene的水合釩酸鹽同時離子嵌入是改進或設(shè)計用于多價離子電池高性能正極材料的有效方法, 而且可以推廣到制備各種MXene衍生物以實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。

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圖2. MVO@VC的電化學(xué)性能

Ion-intercalation Regulation of MXene-Derived Hydrated Vanadates for High-Rate and Long-Life Zn-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.002

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