水性锌离子电池(AZIBs)是一种很有吸引力的储能设备，其安全性高，对环境的影响可以忽略不计。V₂O₅基阴极具有很高的应用前景，但钒的溶解是实现其在AZIBs中的稳定性能的主要挑战之一。在本文中，我们通过范德华自组装的方法在V₂O₅纳米板(VPMX)表面设计了Ti₃C₂T_x MXene层，以抑制电化学过程中钒的溶解，从而大大提高了锌离子的存储性能。与传统的V₂O₅/C复合材料不同，我们证明了VPMX混合材料为获得高性能的AZIBs提供了三个不同的特征:(i)阴极表面的MXene层保持结构完整性并抑制V的溶解;(ii) V₂O₅和MXene之间的异质界面改善了宿主的电化学动力学;(iii) VPMX阴极中的润滑水分子减少了宿主层之间的静电斥力，促进了界面Zn²⁺的扩散。结果，VPMX阴极显示出超过5000次循环的长期循环稳定性，超过了其他报道的V₂O₅基材料。特别地，我们发现V₂O₅和MXene之间的异质界面和宿主中润滑的水分子可以实现提高AZIBs的速率能力(在5.0 A g⁻¹时243.6 mAh g⁻¹)。
 
图1  V₂O₅纳米板/MXene杂化材料的制备与形貌研究。 
 
图2. 样品的结构表征。 
 
图3 VPMX73阴极储锌行为的原位XRD表征。 
 
图4. V₂O₅纳米板/MXene杂化体的储锌性能及MXene抑制钒溶出的研究。 
 
图5。V₂O₅纳米板/MXene杂化的理论模拟和电化学动力学分析。
  
      相关科研成果由北京大学材料科学与工程学院Shaojun Guo和北京化工大学Bin Xu等人于2022年发表在ACS Nano (https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04968)上。原文：Van der Waals Interaction-Driven SelfAssembly of V₂O₅ Nanoplates and MXene for High-Performing Zinc-Ion Batteries by Suppressing Vanadium Dissolution。

转自《石墨烯研究》公众号