近期，煙臺大學(xué)姜付義和孫建超研究團(tuán)隊在中科院一區(qū)Journal of Energy Chemistry（IF：9.676）上發(fā)表了題為“Electrochemically induced phase transition in a nanoflower vanadium tetrasulfide cathode for high-performance zinc-ion batteries”的論文，提出了在初始循環(huán)中從四硫化釩到焦釩酸鋅的相變反應(yīng)機(jī)制，以及在后續(xù)循環(huán)中Zn2+在焦釩酸鋅中的可逆嵌入脫出機(jī)制。該論文第一作者為煙臺大學(xué)環(huán)材學(xué)院碩士研究生高士哲。
水系鋅離子電池憑借其低成本、高安全性、環(huán)境友好等優(yōu)點在大規(guī)模儲能應(yīng)用中顯示了廣闊的市場前景。與其他種類的正極材料相比，釩基化合物因其快速的多電子氧化還原反應(yīng)、高的比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是最具有競爭力的水系鋅離子電池正極材料。迄今為止，釩基正極材料發(fā)展迅速，其中，具有類石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的硫化釩受到了極大的關(guān)注。然而，目前報道的VS4容量和循環(huán)壽命仍然不盡如人意，尤其是在高電流密度下（＞3 A g-1）。最重要的是，電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理仍存在爭議。因此，在構(gòu)建高性能Zn-VS4電池的背景下對儲能機(jī)理的研究至關(guān)重要。
圖1.(a)S 2p非原位XPS，(b)VS4/CNTs電極循環(huán)300圈之后的形貌圖，(c)VS4/CNTs電極在循環(huán)過程中的反應(yīng)機(jī)理示意圖。
該工作報告了一種通過簡便的水熱法合成的VS4/CNTs正極材料。結(jié)合結(jié)構(gòu)和電化學(xué)機(jī)理的研究，提出了初始循環(huán)中從VS4到ZVO的相變反應(yīng)機(jī)制。隨后，Zn2+在ZVO的開放框架結(jié)構(gòu)中可逆地嵌入/脫出。 得益于ZVO的高Zn2+擴(kuò)散系數(shù)和較大的晶面間距，正極材料提供了高可逆容量（1 A g-1時為238 mAh g-1），以及良好的倍率（0.25-7 A g-1）和循環(huán)性能（5 A g-1下1200次循環(huán)）。這樣的結(jié)果表明，具有片狀納米花結(jié)構(gòu)的VS4/CNTs作為水系鋅離子電池的正極材料具有廣闊的前景。
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https://doi.org/10.1016/j.jechem.2022.01.003
