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【DFT+實(shí)驗(yàn)】蘇州納米所/新大/東南AFM：擴(kuò)大層間距的釩酸銨作為高容量穩(wěn)定的柔性鋅離子電池正極

釩酸鹽氧化物具有低廉的價(jià)格和較高的理論容量，是水系鋅離子電池（AZIB）極具競(jìng)爭(zhēng)力的正極材料。然而，目前存在的Zn²⁺離子遷移緩慢、電導(dǎo)率弱、柔性電極制備復(fù)雜等問題阻礙了其在柔性AZIB (FAZIBs)中的實(shí)際應(yīng)用發(fā)展。

在此，中科院蘇州納米所王永疆和張其沖&新疆大學(xué)吳冬玲&東南大學(xué)李雷等人提出鈉離子與聚苯胺共嵌入策略，通過水熱原位生長(zhǎng)制備了Na⁺和聚苯胺共插層釩氧化物(NaNVO-PANI)正極材料，實(shí)現(xiàn)了高離子傳導(dǎo)和儲(chǔ)存的柔性鋅離子電池。

其中，Na⁺離子與帶負(fù)電的VO_x層板間的靜電作用穩(wěn)定了層結(jié)構(gòu)；聚苯胺將材料的層間距擴(kuò)大到了13.8 ?，這為Zn²⁺的嵌入/脫出提供了便利的通道。同時(shí)聚苯胺分子增加了活性材料的疏水性，從而抑制了NaNVO-PANI在水系電解液中的溶解。

圖1. DFT計(jì)算

總之，該工作采用金屬離子和有機(jī)分子共插層策略，設(shè)計(jì)并合成了Na⁺和苯胺分子共插層釩氧化物。從NaNVO-PANI的形貌結(jié)構(gòu)可見，NaNVO-PANI層間距增加到13.8 ?。電化學(xué)測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證了大的層間距為Zn²⁺的快速脫嵌提供了通道。

一方面，Na⁺與帶負(fù)電VO_x層板間的靜電吸引力可以穩(wěn)固層板；另一方面，有機(jī)分子進(jìn)一步擴(kuò)大層間距，增加Zn²⁺的儲(chǔ)存位點(diǎn)并加速Zn²⁺擴(kuò)散。組裝成FAZIBs進(jìn)行測(cè)試，在0.5 A g^?1時(shí)，電池提供了約454.6 mAh g^?1的放電容量，在5 A g^?1的大電流密度下也實(shí)現(xiàn)了228.27 mAh g^?1的放電比容量，具有保持50.3%的容量保持率。

因此，這項(xiàng)研究提供了一種新型的NaNVO-PANI作為FAZIB獨(dú)立正極的層間工程設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步促進(jìn)了可穿戴電子產(chǎn)品的快速開發(fā)。

圖2. 柔性水系鋅離子電池電化學(xué)性能

Sodium-Ion and Polyaniline Co-Intercalation into Ammonium Vanadate Nanoarrays Induced Enlarged Interlayer Spacing as High-Capacity and Stable Cathodes for Flexible Aqueous Zinc-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202305700

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