锌离子电池（ZIBs）由于其低成本、高安全性和环境友好性而受到越来越多的关注。然而，同时实现ZIBs的长循环寿命和高能量密度仍然是一个挑战。在这项工作中，具有垂直取向的石墨烯（VG）纳米片上生长的V₂O₅纳米片具有丰富的边缘，将其作为高性能ZIBs的正极。在这种混合结构中，碳布（CC）上的独立式VG具有非聚集特征、开放的网络和锋利的边缘（作为纳米模板），为电解质提供了快速的电子传输通道和较大的可及表面积。此外，富边缘的Zn纳米片作为负极沉积在CC上，与富边缘的V2O5/VG/CC正极匹配。结果，组装后的水性ZIB表现出370 mAh g^-1的高容量（在0.2 A g^-1的电流密度下）、高倍率容量（在电流密度高达50 A g^-1的情况下，容量保持率超过50％）和出色的循环寿命（在5000次循环后，显示出85％的高容量保持率）。
 
 
Figure 1. （a）边缘丰富的V₂O₅/VG/CC混合结构用于ZIB正极的形成方案。（b）在CC上生长的VGs（插图：VGs的边缘）。（c）在低倍率下，VG/CC上V₂O₅纳米片的均匀覆盖。（d）高放大倍率下，边缘丰富的V₂O₅纳米片。（e）电沉积过程的示意图。（f）在碳纤维表面上均匀沉积Zn纳米片。（g）具有许多边缘的Zn纳米片。
 
 
Figure 2. （a）VG上V₂O₅纳米片的TEM图像。（b）V₂O₅在VG上的EDX映射。（c）V₂O₅/VG/CC和V₂O₅/ CC的N₂吸附-解吸等温线。（d）V₂O₅/VG/CC的XRD。（e）宽扫描V₂O₅/VG/CC和V₂O₅/ CC的XPS光谱。（f）V₂O₅/VG/CC的V 2p光谱。
 
  Figure 3. （a）前三个周期中V₂O₅/VG/CC的CV曲线。（b）在不同的循环中，V₂O₅/VG/CC的充电/放电曲线。（c）在各种电流密度下，V₂O₅/VG/CC和V₂O₅/ CC的倍率性能。（d）V₂O₅/VG/CC和V₂O₅/ CC电极在5000次循环中的循环稳定性。（e）在循环过程中V₂O₅/VG/CC和V₂O₅/ CC电极的库仑效率比较。
 

Figure 4. （a）不同扫描速率下V₂O₅/VG/CC的CV曲线。（b）计算出的V₂O₅/VG/CC储能中的电容贡献。（c）在不同的充电/放电状态下V₂O₅/VG/CC正极的Zn 2p光谱。V₂O₅/VG/CC正极的V 2p光谱：（d）初始状态；（e）放电至0.2 V；（f）充电至1.6V。
 
        相关研究成果于2021年由加州大学Pingge He课题组，发表在Carbon（https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.034）上。原文：Edge-rich vertical graphene nanosheets templating V₂O₅ for highly durable zinc ion battery。

转自《石墨烯杂志》公众号