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韓國高麗大學(xué)Yun Chan Kang--通過將V2O3錨定于大孔隙碳納米管微球中激發(fā)其電化學(xué)性能并用于超快和長壽命鋅離子水溶液電池
       鋅離子電池(ZIB)可以在水系統(tǒng)中運行,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(V2O3)固定在纏結(jié)碳納米管(p-V2O3-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,V2O3相消失,Zn3+x(OH)2+3xV2-xO7-3x 2H2O和鋅釩酸鹽(ZnyVOz)相從第二循環(huán)開始發(fā)生鋅離子插層/脫插過程。對比p-V2O3-CNT、V2O3- CNT(無大孔)和多孔V2O3(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-V2O3-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。V2O3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)碳納米管有助于實現(xiàn)快速的電化學(xué)動力學(xué)。
 
 
圖1 a) p-V2O3-CNT, b) V2O3-CNT, c) p-V2O3微球形成機理示意圖。
 

圖2 p-V2O3-CNT微球的形態(tài)、SAED模式和元素點映射圖:a,b, SEM, c, TEM, d, HR-TEM, e, SAED模式,f)元素點映射圖。
 

圖3 p-V2O3-CNT微球的XPS譜:a) v2p, b) O 1s, c) c 1s, d) p-V2O3-CNT, V2O3-CNT和p-V2O3微球的TGA曲線。
 
 
圖4. p-V2O3-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-V2O3-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)元素點映射圖。
 
 
圖6 非原位XPS分析p-V2O3-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-V2O3-CNT、V2O3-CNT和p-V2O3微球的電化學(xué)性能:a) p-V2O3-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。
 
  
圖8 a) p-V2O3-CNT, b) V2O3-CNT, c)不同掃描速率下得到的p-V2O3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-V2O3-CNT, b) V2O3-CNT, c) p-V2O3微球,在第3個充放電過程中預(yù)選電勢獲得的Nyquist圖,d) Rct和e)鋅離子擴散率(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 V2O3 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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