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鐵離子電池由于其低成本和與水系電解液的兼容性而有望用于電網(wǎng)儲能，然而目前使用Fe²⁺作為電荷載體的鐵離子電池尚未得到廣泛探索，并且缺乏與鐵金屬負極耦合的高性能Fe²⁺主體正極材料。

在此，美國俄勒岡州立大學(xué)紀(jì)秀磊教授等人證明了VOPO₄?2H₂O可以可逆地承載Fe²⁺，在平均電位為≈0.6 V（vs Fe²⁺/Fe）時具有100 mAh g^-1的高比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能，在800 次循環(huán)后可以保持68% 的初始容量。

與此形成鮮明對比的是，當(dāng)VOPO₄?2H₂O承載Zn²⁺時會在水系電解液中會遭受快速溶解且其容量在數(shù)十個循環(huán)后急劇下降。

圖1. VOPO₄?2H₂O的表征

研究表明，VOPO₄?2H₂O以一種獨特的機制儲存Fe²⁺，當(dāng)VOPO₄?2H₂O電極接觸電解液時，電解液中的Fe²⁺離子被氧化成Fe³⁺離子，在無電氧化反應(yīng)的情況下嵌入并困在VOPO₄?2H₂O結(jié)構(gòu)中。

因此，被捕獲的Fe³⁺固定（拴?。┝薞OPO₄?2H₂O的層狀結(jié)構(gòu)，這防止了其在Fe²⁺的（脫）嵌入過程的溶解。這項發(fā)現(xiàn)為使用氧化還原活性離子電荷載體來穩(wěn)定層狀電極材料提供了一個新的策略。

圖2. VOPO₄?2H₂O的電化學(xué)性能

Fe-Ion Bolted VOPO₄?2H₂O as an Aqueous Fe-Ion Battery Electrode, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105234

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紀(jì)秀磊AM：新型Fe2+存儲機制實現(xiàn)高性能水系鐵電池

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