由于鈣的低成本和低氧化還原電位，鈣離子電池（CIBs）被認(rèn)為是大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)有競(jìng)爭(zhēng)力的候選者，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注。然而，CIBs的發(fā)展仍處于起步階段，并因缺乏高性能正極材料而受到阻礙。
武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)、安琴友等報(bào)道了具有Ca2+柱和V5+的偏白鐵礦層狀氧化釩CaV6O16·2.8H2O(CVO)，作為CIBs的正極材料。
得益于大的層間距、柱和水潤(rùn)滑效應(yīng)，CVO在50°C和室溫下的放電容量分別為175.2 mAh g-1和131.7 mAh g-1，并在Ca(TFSI)2/二甘醇二甲醚(G2)具有最高的倍率性能(高達(dá)1000 mA g-1)和超長(zhǎng)的循環(huán)壽命(1000次循環(huán))。
此外，作者首次組裝了以CVO為正極材料，Ca金屬為負(fù)極的電池，驗(yàn)證了層狀釩氧化物在Ca金屬電池中的可行性，在該電池中CVO仍可提供 83.4 mAh g-1的放電容量。
進(jìn)一步，這項(xiàng)工作通過(guò)原位X射線衍射、原位傅里葉變換紅外光譜以及非原位X射線光電子能譜證實(shí)CVO的Ca2+儲(chǔ)存機(jī)制為單相嵌入/脫出反應(yīng)，具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可逆性。
此外，密度泛函理論計(jì)算表明，Ca2+傾向于沿b方向擴(kuò)散，在CVO中具有0.36 eV的低能壘。這項(xiàng)工作將CIBs正極材料的性能提升到了一個(gè)更高的水平，對(duì)加快CIBs的發(fā)展具有重要意義。
CaV6O16·2.8H2O with Ca2+ Pillar and Water Lubrication as a High-Rate and Long-Life Cathode Material for Ca-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202113030.
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