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水系鋅離子電池具有獨特的優(yōu)勢，例如用于大規(guī)模儲能的成本效益高和不可燃性。然而，由于正極材料的發(fā)展、緩慢的本征離子/電子動力學和不令人滿意的結構穩(wěn)定性阻礙了它們的廣泛應用。

為此，東南大學徐峰教授、哈爾濱工程大學朱凱副教授及沈陽工業(yè)大學胡方副教授等人報道了簡便的一步水熱方法制備的具有氧空位（NH₄V₄O_10-x）和還原氧化石墨烯 (rGO) 表面改性的高性能NH₄V₄O₁₀正極（NH₄V₄O_10-x@rGO）。該復合材料呈現(xiàn)出3D花狀形態(tài)，在電解液和電極材料之間提供了足夠的接觸面積和較短的鋅離子運輸途徑。

同時，rGO充當導電介質以提高正極的導電性。DFT計算表明，氧空位可以有效地減輕靜電相互作用，因為在形成Zn-O鍵時需要更少的電子，這可以導致更多電子轉移到周圍的釩原子并增加結構穩(wěn)定性。

圖1. NH₄V₄O_10-x@rGO正極的電化學性能

由于rGO和氧空位的協(xié)同組合，所制備的NH₄V₄O_10-x@rGO具有顯著的電化學性能和高能量密度（260.1 Wh kg^-1，功率密度為657.2 W kg^-1）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（2000次循環(huán)后容量保持率為90.5%）和良好的倍率能力（187 mAh g^-1@20 A g^-1）。

這項工作證明了缺陷化學和表面工程在電化學性能增強中的重要性，并為多價離子電池系統(tǒng)的高性能金屬氧化物正極設計提供了新的見解。

圖2. DFT計算研究氧空位的影響

Deficiency and Surface Engineering Boosting Electronic and Ionic Kinetics in NH₄V₄O₁₀ for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Battery, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.001

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徐峰/朱凱/胡方EnSM: 高能鋅離子電池NH4V4O10正極的缺陷和表面工程

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