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香港城大/過程所ACS Nano：重構(gòu)氧化釩實(shí)現(xiàn)耐用且快速的水系鉀離子電池

水系鉀離子電池因其優(yōu)異的性能和在便攜式和電網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的安全、低成本存儲(chǔ)方面的內(nèi)在優(yōu)勢而受到長期追捧。然而，鉀離子電池化學(xué)面臨的問題是差循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，這是由于具有大離子半徑的K⁺不可避免地導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

香港城市大學(xué)支春義、中科院過程所何宏艷、Yanlei Wang等通過將商用氧化釩 (α-V₂O₅) 重構(gòu)為δ-K_0.5V₂O₅(KVO)納米帶，以作為具有擴(kuò)大空間層狀結(jié)構(gòu)和各向異性路徑的正極材料，用于K⁺存儲(chǔ)，從而解決了這些問題。

具體來說，它可以在1 C倍率下提供116 mAh g^-1的高容量，在50 C下提供65 mAh g^-1的出色倍率容量，以及在1 C下1000次循環(huán)后具有88.2%容量保持率的穩(wěn)定循環(huán)性能。

在全電池配置中與有機(jī)負(fù)極結(jié)合時(shí)，KVO電極可以在1 C下輸出95 mAh g-1的高容量和在10 C下20000次循環(huán)后77.3%容量保持率的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1 對(duì)鹽包水電解液中KVO電極的整體研究

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果，超耐久循環(huán)性能歸因于KVO電極穩(wěn)健的結(jié)構(gòu)可逆性，超高倍率能力歸因于KVO納米帶中具有改善導(dǎo)電性的各向異性途徑。

此外，采用 22 M KCF₃SO₃鹽包水電解液可以阻止KVO電極的溶解問題并進(jìn)一步穩(wěn)定電池的循環(huán)性能。最后，設(shè)計(jì)的水系鉀離子電池即使在-30 °C下也具有優(yōu)異的低溫適應(yīng)性。總的來說，KVO電極可以作為開發(fā)更適合高性能水系鉀離子電池電極材料的范例。

圖2 全電池性能

Reconstructing Vanadium Oxide with Anisotropic Pathways for a Durable and Fast Aqueous K-Ion Battery. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c05678

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