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Nat. Commun.：釩氧化物中水合鋅離子嵌入過程中多相演化的原子級(jí)揭示

當(dāng)陽離子以電化學(xué)方式嵌入其晶格時(shí)，初始晶相可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌?。因此，在轉(zhuǎn)變過程中在原子水平上精確識(shí)別相演變是全面了解陽離子嵌入行為并隨后在可充電池中實(shí)現(xiàn)更高存儲(chǔ)容量的第一步，盡管有時(shí)具有挑戰(zhàn)性。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院Sung-Yoon Chung、首爾大學(xué)Jang Wook Choi等人通過使用原子柱分辨掃描透射電子顯微鏡，來精確識(shí)別水系條件下鋅離子放電過程中Zn和H₂O的位置占據(jù)以及V₂O₅中的多相演化。

圖1 V₂O₅的系列X射線粉末衍射圖

結(jié)果，作者直接觀察到了將Zn離子放電到具有水系電解液的V₂O₅正極期間，H₂O和Zn的同時(shí)嵌入。更重要的是，隨著Zn嵌入的進(jìn)一步進(jìn)行，在原子尺度上直接揭示了多個(gè)中間拓?fù)湎嗟拇嬖冢@無法通過宏觀粉末衍射來識(shí)別。

圖1 Zn和H₂O嵌入的直接可視化

因此，V₂O₅顯著的可逆容量和可循環(huán)性似乎與通過中間瞬態(tài)的充電和放電相之間的拓?fù)淦交D(zhuǎn)換有著強(qiáng)烈的相關(guān)性。

該研究結(jié)果表明，充放電過程中容易發(fā)生多相轉(zhuǎn)變可能是水系可充電池中具有高容量和可逆性的正極材料的重要條件，其中放電正極的晶體結(jié)構(gòu)通常與其初始結(jié)晶狀態(tài)完全不同。

圖2 拓?fù)涠嘞嘧儞Q

Atomic-scale unveiling of multiphase evolution during hydrated Zn-ion insertion in vanadium oxide. Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24700-w

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