AM：通过原位聚苯胺插层来调节V2O5中锌离子的插入/萃取动力学以改善水性锌离子存储性能

痴迷文献

2020-05-20

可充电锌离子电池(ZIBs)正成为锂离子电池的一种很有前途的替代品。然而，目前已开发的正极材料存在Zn²⁺扩散动力学缓慢的缺点，导致电池存在倍率性能差，循环寿命不足等问题。

有鉴于此，广东工业大学李成超教授报道了一种原位聚苯胺(PANI)插层策略，以促进Zn²⁺(de)在V₂O₅中的插层动力学。V-O层之间的层间距离（13.90 Å）得到大大增加，从而为方便Zn²⁺扩散提供了快速通道。此外，可以通过PANI独特的π共轭结构有效地阻止Zn²⁺与主体O^2-之间的静电相互作用，以改善Zn²⁺的扩散动力学。

文章要点

1）研究人员通过基于溶解-重结晶过程的原位水热反应得到PANI插层的V₂O₅。在水热条件下，V₂O₅颗粒首先溶解生成游离钒物种，然后进行成核生长。将不同浓度的苯胺（5、60和180 μL）引入了PANI插层的V₂O₅的合成中，称为PVO-5，PVO-60和PVO-180。

2）SEM图像显示，PVO-60样品具有由均匀纳米片组成的花状纳米结构。通过不同比例的透射电子显微镜（TEM）图像进一步证实了初级纳米片的形态。可以观察到明显的层状结构，其层间距离为13.83 Å，与XRD结果非常吻合。HRTEM也可以清晰地观察到与（312）和（021）平面相对应的晶格条纹。SAED证实了合成样品的高结晶度。此外，能EDS的元素映射表明，PVO-60复合材料中V，O，C和N元素的均匀分布，PANI成功嵌入到V₂O₅。

3）原位同步加速器X射线衍射和拉曼研究证明，PANI插层的V₂O₅在重复的Zn²⁺插入和萃取过程中表现出稳定且高度可逆的电化学反应。进一步的第一性原理计算清楚地表明，Zn²⁺与主体O^2-之间的结合能显著降低，因此，PANI嵌入V₂O₅，可有效提高动力学性能。

4）PANI插层的V₂O₅电极的整体电化学性能得到了显着改善，在20 A g^-1的电流密度下表现出极好的高倍率容量（197.1 mAh g^-1），同时，在2000次循环中的容量保持率为97.6％。

Sucheng Liu, et al, Tuning the Kinetics of Zinc-Ion Insertion/Extraction in V₂O₅ by In Situ Polyaniline Intercalation Enables Improved Aqueous Zinc-Ion Storage Performance, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202001113

https://doi.org/10.1002/adma.202001113