文 獻 信 息

原位電化學(xué)轉(zhuǎn)化策略應(yīng)用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的VEG@MXene正極增強鋅離子存儲能力

第一作者：酈鑫杰，朱嘯東

通訊作者：沈劍鋒*，葉明新*

單位：復(fù)旦大學(xué)

研 究 背 景

商業(yè)鋰離子電池面臨著可燃性有機電解液帶來的安全風(fēng)險，而水系鋅離子電池憑借環(huán)境友好的水系電解液和理化性能優(yōu)秀的鋅負極，在近年來成為研究的熱點，有望應(yīng)用于規(guī)?；娔艽鎯Α?/p>

在正極材料研究中，釩基衍生物具有較高的理論容量和可控的成本，因而受到研究者的廣泛關(guān)注。但由于較低的本征電導(dǎo)率以及在水系電解液中較差的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致較為遲緩的鋅離子存儲動力學(xué)和有限的使用壽命，限制了釩基材料的進一步應(yīng)用。

文 章 簡 介

基于此，復(fù)旦大學(xué)專用裝備與技術(shù)研究院葉明新、沈劍鋒課題組在國際著名期刊Small?上發(fā)表了題為“In situ Electrochemical Transformation towards Structure Optimized VEG@MXene Cathode for Enhanced Zinc-ion Storage”的研究論文，課題組碩士研究生酈鑫杰和博士研究生朱嘯東為論文共同第一作者。

本文報道了一種通過Ti3C2Tx?MXene添加優(yōu)化乙二醇氧釩(VEG, (VO(CH2O)2))納米結(jié)構(gòu)的簡易制備方法，并將該復(fù)合結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于水系鋅離子電池的正極。并且，通過原位電化學(xué)策略將部分VEG轉(zhuǎn)化為層狀Zn3V2O7(OH)2·2H2O (ZVO)，增強了電極對于鋅離子的存儲能力。

應(yīng)用VEG@MXene電極的水系鋅離子電池在5 A g?1電流密度下可釋放360.3 mAh g?1容量，并且在10 A g?1條件下循環(huán)3000圈后仍能有85.2%的容量保持率。該論文研究的電化學(xué)活化策略可以為先進釩基材料的進一步設(shè)計提供重要參考。

VEG@MXene 合成示意圖

VEG@MXene和VEG電極的電化學(xué)性能對比

本 文 要 點

要點1：

通過乙二醇對MXene進行預(yù)插層，可以引導(dǎo)乙二醇氧釩納米顆粒在二維納米片基底的原位生長，有效抑制了顆粒的團聚，有利于增加電極與電解液的接觸面積，提升電化學(xué)性能。
要點2：

高導(dǎo)電性能的MXene引入，不僅提升了復(fù)合結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電能力，還提供了更多的反應(yīng)活性位點，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得復(fù)合結(jié)構(gòu)的VEG@MXene電極相比VEG具有更強的循環(huán)穩(wěn)定性和更長的循環(huán)壽命。
要點3：

電化學(xué)動力學(xué)解析證明VEG@MXene電極相較于VEG在高掃速下，由于更大的電極界面接觸面積和更多的反應(yīng)活性位點，具有更為顯著的贗電容貢獻特征，且GITT測試證明Zn2+在VEG@MXene中擴散系數(shù)高于VEG電極，有力地驗證了VEG@MXene電化學(xué)性能得到提升的原因。
要點4：

非原位表征手段（如XRD，SEM和XPS等）揭示了循環(huán)中不可逆的原位電化學(xué)轉(zhuǎn)化過程，部分鏈狀的VEG經(jīng)過相轉(zhuǎn)變成為層狀的ZVO相，使得電池容量在初期得到顯著提升，并且實驗證明了Zn2+在電極材料中的嵌入/脫出具有良好的可逆性，從微觀驗證了電池良好的循環(huán)穩(wěn)定性。

文 章 鏈 接

In Situ Electrochemical Transformation toward Structure Optimized VEG@MXene Cathode for Enhanced Zinc-Ion Storage

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202105325

通 訊 作 者 簡 介

葉明新 教授

復(fù)旦大學(xué)專用材料與裝備技術(shù)研究院教授。通訊作者在同行評議期刊上發(fā)表論文160余篇，被引8000余次。目前的研究重點是增強復(fù)合材料和用于能量存儲與轉(zhuǎn)換的先進材料。
沈劍鋒 教授

復(fù)旦大學(xué)專用材料與裝備技術(shù)研究院教授。通訊作者在同行評議期刊上發(fā)表論文150余篇，被引近8000次。目前的研究重點是二維材料基能量存儲與轉(zhuǎn)換材料。

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