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，Zn_3+x(OH)_2+3xV_2-xO_7-3x 2H₂O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-V₂O₃-CNT、V₂O₃- CNT(無大孔)和多孔V₂O₃(無CNTs)微球的電化學性能，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)快速的電化學動力學。

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。

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) R_ct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Yun Chan Kang等人于2021年發(fā)表在Small Methods（ https:///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。