片层纤维V₂O₅·1.6H₂O干凝胶提升水系锌离子电池循环性能

摘要

水系锌离子电池凭借低成本和环境友好的特点具有极大的发展和应用前景.具有高比表面、分层、或快速离子导体结构的钒基材料是锌离子电池最具有前景的正极材料之一.如何改善钒基材料的长循环性能是亟待解决的问题之一.本文采用溶胶凝胶法并冷冻干燥成功制备了V₂O₅·1.6H₂O干凝胶，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其物相和形貌进行了表征，发现制备的材料为V₂O₅·1.6H₂O，结晶相良好，且成片状纤维大孔结构.电化学测试表明，在0.1 A?g^–1电流密度下，首次放电比容量为388.4 mA·h?g^–1，循环1000次后容量仍保持为129.7 mA·h?g^–1，具有良好的长循环稳定性.在0.1、0.2、0.5、1、2和3 A?g^-1电流密度下，纤维状V2O5干凝胶表现出良好的倍率性能，放电比容量分别为388.4、338.5、282.9、239.1、194.4和165.9 mA·h?g^–1，远高于商业化V2O5 (279.5、251.0、205.5、174.5、144.6和125.1 mA·h?g^–1).良好的电化学性能主要归功于结合水的支撑作用增大了层间距，在循环过程中材料具有良好的结构稳定性，避免了放电容量衰减；同时纤维片状结构缩短了锌离子的迁移路径.对充放电机理研究发现，在锌离子的嵌入脱出过程中伴随有碱式硫酸锌的生成与消失，且该过程可逆.

关键词

锌离子电池 / V₂O₅·1.6H₂O / 正极材料 / 长循环性能 / 机理探究

基金资助

国家自然科学基金资助项目（21703152,21801136）