东南大学考研，东南大学考研分数线2023
具有高安全性和低成本的柔性水系锌离子电池(AZIBs)在可穿戴电子产品中的潜在应用前景广阔，但Zn2+与晶体结构之间的强静电相互作用以及具有单一阳离子氧化还原中心的传统阴极仍然是开发高性能AZIBs的绊脚石。在此，东南大学尹奎波副教授&中国科学院张其冲研究员团队的科研人员通过原位阳极氧化策略开发了具有丰富缺陷和辅助阴离子氧化还原中心的独立式非晶氧硫化钒(AVSO)阴极。（原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300619）
精心设计的无定形AVSO正极展示出众多Zn2+各向同性途径和快速反应动力学，具有538.7 mAh g-1的高可逆容量和高倍率能力(在40 A g-1下237.8 mAh g-1)。实验结果和理论模拟表明，钒阳离子作为主要的氧化还原中心，而AVSO正极中的硫阴离子作为辅助氧化还原中心，以补偿活性位点的局部电子转移能力。值得注意的是，具有硫化学的无定形结构可以承受Zn2+/H+插入时的体积变化，并削弱Zn2+与主体材料之间的静电相互作用。因此，AVSO复合材料显示出减轻的结构退化和出色的长期可循环性(在40 A g-1下20000次循环后保持89.8%)。这项工作可以扩展到多种氧化还原反应的各种独立非晶正极材料中，激发了设计超快和长寿命可穿戴AZIBs的发展。
图1
固定在碳布上的VS2(VS2@CC)的a)SEM图像和b)相应元素分散图像。c)六角形VS2纳米片的HRTEM图像。d)AZIB耦合非晶态氧硫化钒阴极与锌箔阳极的示意图。e)VS2的阳极氧化过程以形成具有选定状态的AVSO。在不同氧化过程中收集的f-h)非原位HRTEM图像和i)非原位XRD光谱。j)新鲜AVSO阴极的TEM能量色散X射线光谱仪(TEM-EDS)图。k)选定点的高分辨率S 2p XPS光谱。
图2
VS2、DVSO、AVSO阴极的(a)CV曲线、(b)GCD曲线、(c)倍率性能的比较。d)AVSO阴极在不同电流密度下的GCD曲线。e)AVSO与其他先前用于AZIBs的正极材料的Ragone图(仅基于正极材料重量)的比较。f)AVSO阴极在各种扫描速率(0.1-1 mV s-1)下的CV曲线。g)AVSO、DVSO、VS2的电容贡献。h)AVSO在1 mV s-1时的电容贡献。i)具有拟合等效电路的AVSO、DVSO、VS2的Nyquist图。VS2、DVSO、AVSO在j)0.3 A g-1和k)40 A g-1下的长期循环性能比较。
图3
a)AVSO正极在不同放电/充电状态下的储能机制研究。在相应状态下的b)Zn 2p、c)O 1s、d)V 2p、e)S 2p XPS光谱。f)不同状态下AVSO阴极的非原位XRD光谱和(h)非原位拉曼光谱。g)AVSO阴极在3 m ZnSO4和3 m ZnSO4(pH=1)中的dQ/dV曲线。i)AVSO在完全充电/放电状态下的EPR谱。j)完全放电状态下AVSO阴极的HR-TEM图像和EDS图。k)AVSO/Zn电池中储能机制的示意图。
图4
a)层状VS2(左)和AVSO(右)的晶体结构和Zn2+扩散路径。b)硫化钒和无定形氧硫化钒的能带结构示意图。c)VS2和d)AVSO的投影态密度(pDOS)。e)V2O5、层状VS2、AVSO的平均COHP比较(插图：ICOHP值分析)。f)AVSO结构中四个选定位置插入的Zn的电子密度差异。g)Zn-离子在AVSO结构中的扩散路径示意图。h)正交晶系V2O5、层状VS2’、AVSO的离子迁移能垒比较。i)通过GITT协议在0.1 A g-1下记录与Zn阳极配对的AVSO的电压曲线。
图5
a)FAZIBs的展开视图。FAZIBs在电流密度为5.0 A g-1时的(b)倍率性能和(c)循环性能。d)不同弯曲状态下的GCD曲线。e)FAZIBs在重复弯曲状态下的柔韧性测试。f)FAZIBs的自放电测试(插图：FAZIBs在平坦/弯曲状态下为LED供电的示意图)。
总之，本文通过原位阳极氧化策略成功制备了独立的非晶态氧硫化钒(AVSO)阴极材料，以研究非晶结构与协同阴离子-阳离子氧化还原补偿机制之间的协调，以实现超快和长寿命的Zn2+存储。精心设计的AVSO，由丰富的空隙和缺陷以及双氧化还原中心(钒和硫化学)组成，实现了局部活性位点Zn2+穿梭能力的本质改进以及Zn2+与非晶主体之间的弱静电相互作用，从而实现快速的反应动力学和出色的结构稳定性。因此，AVSO/Zn电池显示出538.7 mAh g-1的高比容量，在40 A g-1下具有出色的循环稳定性，每个循环的容量衰减率为0.0005%，可忽略。此外，组装后的FAZIBs在可穿戴应用中表现出优异的机械稳定性和突出的电化学性能。这项工作有望为协调具有多个氧化还原中心的非晶结构提供新的视角，以开发用于水系储能化学的稳定电极材料。
东南大学考研(东南大学考研分数线2023)
