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        嚴重的聚集和反應動力學緩慢是影響水性鋅離子電池正極材料存儲性能的主要研究挑戰(zhàn)。在這項工作中，我們報告了三明治狀Ti₃C₂T_x MXene橋接VO₂異質(zhì)結構(VO₂/Ti₃C₂T_x)的設計概念，以同時緩解自聚集和提高界面存儲動力學。當VO₂/Ti₃C₂T_x電極作為陰極材料時，經(jīng)過110次循環(huán)后，在0.1 A g^-1的比容量為415 mAh g^-1，經(jīng)過300次循環(huán)后，在1 A g^-1的比容量為338 mAh g^-1，遠高于純VO₂的比容量。此外，該電極還表現(xiàn)出顯著的速率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在5 A g^-1的高電流密度下，1500次循環(huán)后仍能保持170 mAh g^-1的比容量。其優(yōu)越的存儲性能主要得益于混合維度的異構工程。此外，還研究了電極在循環(huán)過程中晶體結構和價態(tài)的演變，從而揭示了一種存儲機制。即單一的VO₂相轉(zhuǎn)變?yōu)閂O₂和Zn_xV₂O₅·nH₂O的混合相，具有高度可逆的H⁺/Zn²⁺插入/萃取行為。本研究提出的策略也可應用于其他類型的正極材料，并促進水性鋅離子電池的發(fā)展。
 
圖1. 夾心式MXene橋接異質(zhì)結構概念的示意圖。
 
圖2. 形態(tài)和結構特征。
 
圖3. VO₂、Ti₃C₂T_x和VO₂/Ti₃C₂T_x電極的電化學性能測試。
 
圖4. VO₂和VO₂/Ti₃C₂T_x電極的反應動力學研究。
 
圖5. VO₂/Ti₃C₂T_x電極循環(huán)后結構演變研究。
 
圖6(a) V 2p和(b) Zn 2p在初始循環(huán)中的外原位XPS光譜。VO₂/Ti₃C₂T_x電極在(c)放電至0.2 V和(d)充電至1.7 V第10個循環(huán)后的HRTEM圖像。(e)在50次和100次循環(huán)后VO₂/Ti₃C₂T_x電極的非原位XRD圖案。VO₂/Ti₃C₂T_x電極在(f)第50次充電至1.7 V、(g)第100次充電至1.7 V后的V 2p XPS譜。(h)循環(huán)時VO₂/Ti₃C₂T_x電極的相演化示意圖。
 
      相關科研成果由深圳大學化學與環(huán)境工程學院Peixin Zhang等人于2023年發(fā)表在Applied Surface Science（https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.157727）上。原文：Sandwich-like MXene bridged heterostructure electrode enables anti-aggregation and superior storage for aqueous zinc-ion batteries。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號