原位电化学转化策略应用于结构优化的VEG@MXene正极增强锌离子存储能力
文 献 信 息
原位电化学转化策略应用于结构优化的VEG@MXene正极增强锌离子存储能力
第一作者：郦鑫杰，朱啸东
通讯作者：沈剑锋*，叶明新*
单位：复旦大学
研 究 背 景
商业锂离子电池面临着可燃性有机电解液带来的安全风险，而水系锌离子电池凭借环境友好的水系电解液和理化性能优秀的锌负极，在近年来成为研究的热点，有望应用于规模化电能存储。
在正极材料研究中，钒基衍生物具有较高的理论容量和可控的成本，因而受到研究者的广泛关注。但由于较低的本征电导率以及在水系电解液中较差的结构稳定性，导致较为迟缓的锌离子存储动力学和有限的使用寿命，限制了钒基材料的进一步应用。
文 章 简 介
基于此，复旦大学专用装备与技术研究院叶明新、沈剑锋课题组在国际著名期刊Small 上发表了题为“In situ Electrochemical Transformation towards Structure Optimized VEG@MXene Cathode for Enhanced Zinc-ion Storage”的研究论文，课题组硕士研究生郦鑫杰和博士研究生朱啸东为论文共同第一作者。
本文报道了一种通过Ti3C2Tx MXene添加优化乙二醇氧钒(VEG, (VO(CH2O)2))纳米结构的简易制备方法，并将该复合结构材料应用于水系锌离子电池的正极。并且，通过原位电化学策略将部分VEG转化为层状Zn3V2O7(OH)2·2H2O (ZVO)，增强了电极对于锌离子的存储能力。
应用VEG@MXene电极的水系锌离子电池在5 A g−1电流密度下可释放360.3 mAh g−1容量，并且在10 A g−1条件下循环3000圈后仍能有85.2%的容量保持率。该论文研究的电化学活化策略可以为先进钒基材料的进一步设计提供重要参考。
VEG@MXene 合成示意图
VEG@MXene和VEG电极的电化学性能对比
本 文 要 点
要点1：
通过乙二醇对MXene进行预插层，可以引导乙二醇氧钒纳米颗粒在二维纳米片基底的原位生长，有效抑制了颗粒的团聚，有利于增加电极与电解液的接触面积，提升电化学性能。
要点2：
高导电性能的MXene引入，不仅提升了复合结构的导电能力，还提供了更多的反应活性位点，提高了结构稳定性，使得复合结构的VEG@MXene电极相比VEG具有更强的循环稳定性和更长的循环寿命。
要点3：
电化学动力学解析证明VEG@MXene电极相较于VEG在高扫速下，由于更大的电极界面接触面积和更多的反应活性位点，具有更为显著的赝电容贡献特征，且GITT测试证明Zn2+在VEG@MXene中扩散系数高于VEG电极，有力地验证了VEG@MXene电化学性能得到提升的原因。
要点4：
非原位表征手段（如XRD，SEM和XPS等）揭示了循环中不可逆的原位电化学转化过程，部分链状的VEG经过相转变成为层状的ZVO相，使得电池容量在初期得到显著提升，并且实验证明了Zn2+在电极材料中的嵌入/脱出具有良好的可逆性，从微观验证了电池良好的循环稳定性。
文 章 链 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 讯 作 者 简 介
叶明新 教授
复旦大学专用材料与装备技术研究院教授。通讯作者在同行评议期刊上发表论文160余篇，被引8000余次。目前的研究重点是增强复合材料和用于能量存储与转换的先进材料。
沈剑锋 教授
复旦大学专用材料与装备技术研究院教授。通讯作者在同行评议期刊上发表论文150余篇，被引近8000次。目前的研究重点是二维材料基能量存储与转换材料。
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