山东大学冯金奎副教授CM：高性能MXene基锌/钾电池

各种可充电电池中高性能的负极是不可缺少的，V₂O₅由于理论容量大、储量丰富、安全性能好，适用于多种电池负极，具有广阔的应用前景。然而，不可逆的相变和缓慢的离子扩散限制了其研究进展。

成果简介

近日，山东大学的冯金奎副教授在国际顶级期刊Chemistry of Materials发表了题目为“Micron-Sized Nanoporous Vanadium Pentoxide Arrays for High-Performance Gel Zinc-Ion Batteries and Potassium Batteries”的论文。以V₂CT_x MXene为原料，采用一步退火法制备了形貌可调的纳米孔V₂O₅阵列。通过调节反应时间来控制V₂CT_x MXene的组成和结构。进一步探讨了退火条件对V₂O₅结晶度、微观结构和电化学性能的影响。制得的V₂O₅具有独特的二维多孔结构和赝电容效应，保证了较高的离子可及性、优异的结构稳定性和快速的电荷传输。因此，其锌离子电池展示出较高的容量(200 mA g^-1时循环400次后仍高达358.7 mAh g^-1)，优异的倍率性能(8000 mA g^-1时为250.4 mAh g^-1)和稳定的长效循环能力(2000 mA g^-1时循环3500次为279 mAh g^-1)。通过定量动力学分析，探讨了锌贮存增强机理。此外，V₂O₅负极还展示出提升的钾存储性能。这项工作为制造高性能的新一代电池系统的MXene基电极提供了一种潜在的通用方法。

图 1 在不同退火温度制备V₂O₅的示意图。

图 2 V₂CT_x不同退火温度后的化学结构。

图 3 V₂CT_x不同退火温度后的形貌。

图 4 V₂O₅负极的锌离子电池的电化学性能。

图 5 电化学动力学分析。

图 6 V₂O₅负极的钾离子电池的电化学性能。

结 论

采用一步退火法设计合成了形貌可调的微米级纳米孔V₂O₅阵列，用于锌离子和钾离子电池。其锌离子电池展示出较高的容量(200 mA g^-1时循环400次后仍高达358.7 mAh g^-1)，优异的倍率性能(8000 mA g^-1时为250.4 mAh g^-1)和稳定的长效循环能力(2000 mA g^-1时循环3500次为279 mAh g^-1)。通过定量动力学分析，探讨了锌贮存增强机理。这项工作为制造高性能的新一代电池系统的MXene基电极提供了一种新思路。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.0c00787

信息来源：二维材料Frontier