哈工大《Nano Energy》：一种高效策略，助力高性能锌离子电池！
编辑推荐：水系锌离子电池（ZIBs）是一类新兴的储能系统，本文开发了一种超高效的原位自转化策略，通过纳米结构和异质界面设计协同作用，最终设计的阴极在纽扣ZIB中显示出高放电容量，优异的倍率性能和出色的循环稳定性，经过5000次循环后容量保留效率仍然维持在100%。这种原位自转化策略在许多其他先进电极材料的能源应用方面具有巨大的潜力。
水系锌离子电池（ZIBs）是一类新兴的储能系统，由新型材料和温和的水性电解质组成，在安全性和容量衰减方面弥补了锂离子电池与传统水系可充电电池之间的差距。与锌阳极的综合优点（理论容量高，氧化还原电势低以及与电解质的相容性好）相比，最近的研究主要集中在开发合适的阴极材料来快速稳定地存储Zn2+。在众多的锌离子阴极材料（锰基衍生物、普鲁士蓝类似物、有机化合物和钒基氧化物）中，V2O5由于其较高的理论容量（基于双电子氧化还原反应的589 mA h g-1）、典型层状结构和储备量丰富而被广泛认为是ZIBs的一种极具前景的阴极候选材料。然而，直接应用V2O5在微纳和分子水平上都会因其电导率低和结构稳定性差两个问题而受到限制。
因此，为了解决这一问题，哈尔滨工业大学王殿龙教授团队等开发了一种超高效的原位自转化策略，并以3D海绵状VO2-rG为前驱体，将其用于构建3D多孔异质V2O5·nH2O-石墨烯复合材料(VOH-rG)。纳米结构和异质界面设计协同助力具有良好动力学的锌离子电池正极的超高效原位自转化。最终，所设计的VOH-rG阴极在0.1 A g-1时具有466 mA h g-1的高比容量，优异的速率性能(在20 A g-1时具有190 mA h g-1)和极佳的循环稳定性，经过5000次循环后容量保留效率仍然维持在100%。该研究以题为“Synergistic nanostructure and heterointerface design propelled ultra-efficient in-situ self-transformation of zinc-ion battery cathodes with favorable kinetics”发表在《Nano Energy》上。
使用VO2-rG作为前驱体是因为它具有以下结构特点和优点：（1）VO2具有超薄的二维纳米带形态，不仅可以暴露出丰富的活性位点，而且可以增加反应面积，从而实现完全的相变。（2）层层结构的VO2-rG异质界面可以保证电子的快速转移，同时也抑制了OER的副反应。（3）三维海绵状导电结构为电子和离子的快速传输提供了许多通道，并且同时确保优异的结构稳定性。因此，预合成的VO2-rG前驱体在第一次充电过程中几乎没有水分解，就可以有效地转化为VOH-rG。