水系鋅離子電池（AZIBs）是極具吸引力的儲(chǔ)能裝置，具有提高的安全性和可忽略的環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。盡管V₂O₅基正極很有前景，但釩的溶解是實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定性能的主要挑戰(zhàn)之一。

在此，北京大學(xué)郭少軍教授、北京化工大學(xué)徐斌教授等人通過(guò)范德華自組裝方法在V₂O₅納米板表面設(shè)計(jì)了一個(gè)用于在電化學(xué)過(guò)程中抑制釩溶解的Ti₃C₂T_x MXene層（VPMX），從而大大提高鋅離子的存儲(chǔ)性能。

與傳統(tǒng)的V₂O₅/C復(fù)合材料不同，作者證明了VPMX雜化物為實(shí)現(xiàn)高性能AZIB提供了三個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：

（i）在V₂O₅納米板表面組裝MXene層可有效抑制AZIBs中釩的溶解，從而通過(guò)保持正極完整性并結(jié)合抑制釩溶解來(lái)提高電池性能；

（ii）DFT計(jì)算表明，MXene層促進(jìn)了V₂O₅和MXene之間的固-固異質(zhì)界面處的快速電子轉(zhuǎn)移；

（iii）原位XRD結(jié)果表明，MXene層使水分子和Zn²⁺在VPMX雜化物中可逆地共插層/脫嵌并最大限度地減少靜電排斥，從而促進(jìn)電化學(xué)動(dòng)力學(xué)，最終獲得更好的電池倍率性能。

圖1. VPMX73正極的鋅存儲(chǔ)機(jī)制

因此，與純V₂O₅納米板（213.2 mAh g^-1）相比，制得的VPMX正極在0.1 A g^-1時(shí)具有345.1 mAh g^-1的高初始放電容量和兩個(gè)明顯的傾斜平臺(tái)，對(duì)應(yīng)于多步Zn²⁺和H₂O插層。當(dāng)電流密度增加到 5.0 A g^-1時(shí)，該正極仍保留了243.6 mAh g^-1的高可逆容量。隨著電流密度恢復(fù)到 0.1 A g^-1，電極可逆容量穩(wěn)定在417.5 mAh g^-1。

此外，該VPMX正極在10 A g^-1時(shí)顯示出超過(guò)5000次循環(huán)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性且容量保持率高達(dá)99.5%，超過(guò)了其他報(bào)道的基于V₂O₅的材料。ORCA計(jì)算表明，MXene 涂層可通過(guò)結(jié)合和抑制水系電解液中溶解的釩離子來(lái)減緩電解液污染和pH值變化?？傊?，這項(xiàng)工作為構(gòu)建涂層以抑制水系電池及其他電池中的正極溶解提供了一種有效的策略。

圖2. V₂O₅納米板/MXene雜化物中的鋅存儲(chǔ)性能

Van der Waals Interaction-Driven Self-Assembly of V₂O₅ Nanoplates and MXene for High-Performing Zinc-Ion Batteries by Suppressing Vanadium Dissolution, ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c04968