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浙江大学Gu., Changdong在EES(IF=32)上发表的第1篇论文

论论资讯 | 2024-05-28 1769热度

Energy and Environmental Sciences

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Bulk-to-surface co-modification of layered hydrated vanadate cathode for aqueous zinc ion batteries

Zhang C.; Huang Y.; Xu X.; Chen Z.; Xiao G.; Zhong Y.; Wang X.; Gu C.; Tu J.

Published:2024-01-01
DOI:10.1039/d4ee00535j

研究背景

在当今社会,能源和环境问题备受关注,而电池技术的发展对于解决这些问题至关重要。然而,目前存在着一些挑战,比如钒基层状材料的溶解倾向和其体相结构的不稳定性,这导致了在低电流密度下循环性能不佳的问题。

研究内容

最近一篇发表在《Energy and Environmental Science》期刊上的论文提出了一种新的解决方案,即通过双离子掺杂和形成原位阴极-电解质界面(CEI)的共修饰策略,来稳定钒酸盐的层状结构。双离子包括碱金属离子(Na+或K+)和碱土金属离子(Ca2+或Ba2+),它们稳定了体相结构,同时与电解液中的SO42-形成沉淀,作为具有稳定性和pH适应性平衡的原位CEI。这种共修饰策略使得钙钠钒酸盐在低电流密度下表现出出色的循环性能。在0.2 A g-1和25°C下,使用Zn(OTF)2电解质,全电池在120个循环后保留了99.4%的容量;在-30°C和0.1 A g-1下,经过1000次循环后保留了84.5%的容量。通过分析表征和密度泛函理论(DFT)计算,研究了Zn2+/H+插层机制,发现在-30°C下,质子(去)插层受到限制,导致中位放电电压从0.705增加到0.795 V。在Zn(ClO4)2电解质下,共修饰的阴极在-30°C和0.1 A g-1下表现出显著的性能(经过2000次循环后保留了90.8%的容量)。这种共修饰策略为阴极设计提供了一种可行的选择。

研究意义

这项研究的创新之处在于提出了一种新的共修饰策略,通过稳定钒酸盐的结构,显著提高了电池的循环性能,尤其是在低电流密度下。这对于促进电池技术的发展,提高能源存储效率具有重要意义,有望为未来的电池设计提供新的思路和方向。

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