隨著社會(huì)的發(fā)展,，對(duì)于儲(chǔ)能設(shè)備的關(guān)注逐漸從單純的容量高低轉(zhuǎn)移到可持續(xù)性和環(huán)保性,。水系鋅離子電池因其較高的比容量、良好的安全性,、較低的成本以及綠色無污染等因素被認(rèn)為是一種理想的儲(chǔ)能技術(shù),。然而傳統(tǒng)釩基、錳基正極材料由于較低的電子傳導(dǎo)性,，充放電過程中嚴(yán)重的體積膨脹以及電極溶解等問題,，嚴(yán)重限制了鋅離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。

為了解決以上問題,，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部先進(jìn)高分子材料團(tuán)隊(duì)對(duì)釩基正極材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),，采用靜電紡絲技術(shù)首次合成了一系列V₂O₃納米球（實(shí)心、核殼,、空心）包埋入N摻雜碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu),。N摻雜碳納米纖維不僅提高了電極的電導(dǎo)率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還提供了封裝外層以防止釩氧化物的溶解和顆粒的聚集,。同時(shí),，通過電子順磁共振譜等方法證明了該復(fù)合電極具有豐富的氧空位，結(jié)合第一性原理計(jì)算結(jié)果,，氧空位能夠有效降低材料的反應(yīng)勢(shì)壘,，從而顯著提高了Zn²⁺的反應(yīng)活性。此外,，循環(huán)中V₂O₃和Zn_XV₂O₅- nH₂O之間的相變也通過非原位XRD得到了證實(shí),。得益于釩氧化物形貌調(diào)控以及豐富氧空位的雙重作用，所得到的復(fù)合材料在紐扣電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性和良好的倍率性能,，即使組裝成柔性水系鋅離子電池,，復(fù)合電極仍然表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，這可能為柔性水系鋅離子電池正極材料提供新的設(shè)計(jì)理念,。

圖1.釩基正極材料的形貌結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果

圖2.釩基正極材料的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

上述成果以“Vanadium oxide nanospheres encapsulated in N-doped carbon nano?bers with morphology and defect dual-engineering toward advanced aqueous zinc-ion batteries”為題,，近期發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Journal of Energy Chemistry》上,，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部研究生宋云飛為文章第一作者，井淶滎老師,、李梅教授,、張?jiān)茝?qiáng)副教授為文章通訊作者。

以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金,、山東省自然科學(xué)基金以及濟(jì)南人才發(fā)展專項(xiàng)資金等項(xiàng)目的支持,。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.10.013