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上海光源朱大明EnSM: 隧道狀結(jié)構(gòu)的金屬V5S8微粒用于高速穩(wěn)定的鋅離子儲(chǔ)能

可充電水性鋅離子電池 (AZIB) 在成本經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行方面極具競(jìng)爭(zhēng)力。然而，由于缺乏可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的鋅離子擴(kuò)散的穩(wěn)定正極材料，這大大阻礙了它們的發(fā)展。

在此，上海同步輻射光源朱大明等人報(bào)道了具有隧道狀結(jié)構(gòu)的金屬V₅S₈微粒作為AZIB的正極材料。電化學(xué)測(cè)量表明，V₅S₈電極在0.1 A g^-1時(shí)表現(xiàn)出 240 mAh g^-1的高比容量，在10 A g^-1電流密度下表現(xiàn)出193.8 mAh g^-1的優(yōu)異倍率性能，經(jīng)1000 次循環(huán)后容量保持率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的94%。

DFT計(jì)算表明，V₅S₈具有連續(xù)電子態(tài)的金屬特性和低 Zn²⁺ 吸附/遷移能，顯著增強(qiáng)了快速電子和離子傳輸。

圖1. 基于V₅S₈電極的扣式電池的電化學(xué)性能

因此，即使是微米尺寸，V₅S₈也表現(xiàn)出前所未有的倍率性能，即當(dāng)電流密度從 0.1 增加100 倍至 10 A g^-1時(shí)，容量保持率為80.75%。

進(jìn)一步采用原位同步加速器 X射線衍射 (SXRD)、異位X射線光電子能譜 (XPS) 和DFT 計(jì)算來了解V₅S₈的反應(yīng)機(jī)理。這些分析揭示了一種獨(dú)特的自適應(yīng)多級(jí)離子插入/提取過程（即依次插入Zn²⁺和H⁺，然后同時(shí)插入H⁺ 和Zn²⁺；可逆地提取），這導(dǎo)致了出色的倍率容量和循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. SXRD、XPS、DFT揭示的V₅S₈的反應(yīng)機(jī)理

Metallic V₅S₈ Microparticles with Tunnel-Like Structure for High-Rate and Stable Zinc-Ion Energy Storage, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.026

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/24/a47cec6c85/

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