研究人员在高性能水性锌离子电池方面取得进展

中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)李松教授团队提出了插层诱导V t 2g轨道占据的概念，并开发出一种NH 4 +插层钒用于高性能水系锌离子电池 (ZIB) 的氧化物 (NH 4 + -V 2 O 5 )。这项工作发表在PNAS上。

ZIBs由于其安全、无毒和高理论容量，已成为最有前途的可持续储能技术之一。在 ZIBs 的各种电极材料中，钒氧化物由于其灵活的晶体结构和钒的多价性而被广泛研究作为 ZIBs 的阴极材料。

基于离子或分子预嵌入策略，可以有效解决正极材料晶格空间不足、电子电导率低的问题，从而进一步提升电池性能。

然而，目前对插层正极材料的研究主要集中在通过层间空间扩展来提高容量。因此，发展先进的原位表征技术，从原子轨道角度研究插层剂引起的电极材料本征结构变化具有重要意义，这将成为高性能正极材料设计的关键。未来。

在这项工作中，研究人员引入了多种原位和异位同步辐射光谱技术，揭示了NH 4 +插层后V 3dt 2g轨道占据在V 2 O 5中的变化，以及可逆演化规律在充电和放电过程中。

他们发现NH 4 +嵌入在很大程度上诱导了VO键的结构扭曲，进一步导致电子结构的重排，并促进了Vt 2g轨道中3dxy空位态的占据。Vt 2g轨道的占据大大提高了材料的导电性。

此外，研究人员还发现，NH 4 +嵌入导致层间距加宽，从而显着加速了电子转移和锌离子迁移，实现了锌离子电池的超高倍数性能。

实验结果表明，铵插层五氧化二钒(NH 4 + -V 2 O 5 )正极材料的比容量在200 C电流密度下保持101.0 mA h g-1的倍率性能，充电时间为18 秒。

该研究有助于更好地理解插层V 2 O 5材料中存储Zn 2 +的机理，为ZIBs 高性能插层正极材料的设计奠定基础。