近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠?guī)浹芯繂T團隊設計并制備出具有強耦合效應層狀無定形V2O5/石墨烯異質結新材料，實現(xiàn)了對釩基正極材料的有效保護，極大緩解了釩溶解問題，獲得了高安全、低成本、長壽命水系鋅離子電池。
近年來，水系二次鋅離子電池憑借其安全性能高、成本低、環(huán)境友好和鋅儲量豐富等優(yōu)勢，在儲能設備中展現(xiàn)出巨大的應用前景。釩基材料是一種典型的高容量鋅離子電池正極材料，但存在溶解、體積膨脹、電子導電性差等問題，導致器件循環(huán)性能差。因此，亟待開發(fā)長壽命、高容量、高導電的釩基正極材料。
為解決這一難題，該團隊采用二維模板離子吸附策略，將無定形V2O5均勻自組裝在高導電的石墨烯表面，成功獲得了一種層狀V2O5/石墨烯二維異質結新材料。該材料充分結合了無定形V2O5本征缺陷豐富、離子擴散路徑短和石墨烯導電性高、機械穩(wěn)定性良好的優(yōu)點以及層狀結構的保護作用，緩解了釩溶解問題，實現(xiàn)了高效離子-電子協(xié)同傳輸，該團隊利用該材料構建出了超長壽命、高安全的水系鋅離子電池?；跓o定形V2O5和石墨烯的強協(xié)同作用，該電池在0.3 A/g下表現(xiàn)出447 mAh/g的高容量，同時在30 A/g的大電流密度下，循環(huán)20000圈，依然保持83.9%的初始容量。同時，該團隊采用準原位XPS測試證明了Zn2+的可逆嵌入脫出。此外，該團隊以該異質結為正極、鋅為負極構建了平面化微型鋅離子電池，器件獲得了49 mWh/cm3的高體積能量密度、長壽命以及良好的集成特性，證明了其作為安全性能高、成本低的可穿戴儲能器件的潛力。該工作為發(fā)展高效電子-離子協(xié)同增強的二維異質結材料提供了新策略，為構建水系高效微型電化學能源器件提供了新思路。
相關研究成果發(fā)表在《能源存儲材料》（Energy Storage Materials）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目的資助。
