鋅離子電池(ZIB)可以在水系統(tǒng)中運(yùn)行，是安全性高、環(huán)境友好的下一代儲能系統(tǒng)。然而，尋找具有理想納米結(jié)構(gòu)和組成的水溶液ZIB電極材料的研究仍在進(jìn)行中。本文報道了由三氧化二釩(V
2O
3)固定在纏結(jié)碳納米管(p-V
2O
3-CNT)上的多孔微球的合成及其作為ZIBs陰極的應(yīng)用。綜合分析表明，初始電荷過程后，V
2O
3相消失，Zn
3+x(OH)
2+3xV
2-xO
7-3x 2H
2O和鋅釩酸鹽(Zn
yVO
z)相從第二循環(huán)開始發(fā)生鋅離子插層/脫插過程。對比p-V
2O
3-CNT、V
2O
3- CNT(無大孔)和多孔V
2O
3(無CNTs)微球的電化學(xué)性能，以確定納米結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電碳基對鋅離子存儲性能的影響。p-V
2O
3-CNT在10A g
-1循環(huán)5000次后，具有237 mA h g
-1的高可逆容量。此外，在50A g
-1的極高電流密度下，可獲得211 mA h g
-1的可逆容量。V
2O
3納米結(jié)構(gòu)中的大孔洞有效緩解了循環(huán)過程中的體積變化，高導(dǎo)電性的纏結(jié)碳納米管有助于實(shí)現(xiàn)快速的電化學(xué)動力學(xué)。
圖1 a) p-V
2O
3-CNT, b) V
2O
3-CNT, c) p-V
2O
3微球形成機(jī)理示意圖。
圖2 p-V
2O
3-CNT微球的形態(tài)、SAED模式和元素點(diǎn)映射圖:a,b, SEM, c, TEM, d, HR-TEM, e, SAED模式，f)元素點(diǎn)映射圖。
圖3 p-V
2O
3-CNT微球的XPS譜:a) v2p, b) O 1s, c) c 1s, d) p-V
2O
3-CNT, V
2O
3-CNT和p-V
2O
3微球的TGA曲線。
圖4. p-V
2O
3-CNT微球的XRD分析: a)恒電流充放電曲線顯示預(yù)先選定的電勢，并獲得XRD譜圖,b) 從第1到第3個循環(huán)，在不同電位下獲得的非原位XRD譜圖. 在c) 5-7和d) 29.45-29.9的2θ范圍內(nèi)，對第3個循環(huán)的XRD譜圖進(jìn)行了放大。
圖5 p-V
2O
3-CNT微球放電態(tài)和帶電態(tài)的非原位TEM分析:(a,e) TEM圖，(b,f) HR-TEM圖，(c,g) SAED圖，(d,h)元素點(diǎn)映射圖。
圖6 非原位XPS分析p-V
2O
3-CNT微球的a-c放電和(d-f)荷電狀態(tài)(第三循環(huán)): (a,d) V 2p， (b,e) O 1s和(c,f) Zn 2p XPS譜。
圖7 p-V
2O
3-CNT、V
2O
3-CNT和p-V
2O
3微球的電化學(xué)性能:a) p-V
2O
3-CNT微球的CV曲線，b)第三循環(huán)充放電曲線，c) 10 A g
-1循環(huán)性能，d)不同電流密度下的速率性能。
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圖8 a) p-V
2O
3-CNT, b) V
2O
3-CNT, c)不同掃描速率下得到的p-V
2O
3微球的CV曲線，d)峰1和峰2的擬合對數(shù)(峰值電流)與對數(shù)(掃描速率)關(guān)系，e)顯示表面電容性元素(綠色)和經(jīng)驗(yàn)獲得的電流的循環(huán)伏安圖，f)不同掃描速率下的電容貢獻(xiàn)。
圖 9 原位EIS表征:根據(jù)a) p-V
2O
3-CNT, b) V
2O
3-CNT, c) p-V
2O
3微球，在第3個充放電過程中預(yù)選電勢獲得的Nyquist圖，d) R
ct和e)鋅離子擴(kuò)散率(d)作為電勢的函數(shù)。
相關(guān)科研成果由韓國高麗大學(xué)Yun Chan Kang等人于2021年發(fā)表在Small Methods（ https://doi.org/10.1002/smtd.202100578）上。原文：Boosting the Electrochemical Performance of V
2O
3 by Anchoring on Carbon Nanotube Microspheres with Macrovoids for Ultrafast and Long-Life Aqueous Zinc-Ion Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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