近日，华南理工大学物理与光电学院科研团队首次报道了层状钒基氧化物作为新型水系镍离子电池正极材料的研究结果。相关研究成果发表于《储能材料》（Energy Storage Materials）。
由于镍金属负极具有高容量密度、较小的离子半径、不易产生枝晶等优点，水系镍离子电池在众多多价离子电池中脱颖而出。然而，镍离子具有高电荷密度，使得载流子与正极材料之间具有较强的静电相互作用，导致镍离子扩散动力学缓慢。由于缺乏合适的正极材料，加上镍离子存储机制及其扩散路径不明确，水系镍离子电池的开发应用受到严重制约。
为解决该项问题，科研团队创新性地设计出一种“铁离子预嵌入的双层五氧化二钒”，用作水系镍离子电池正极材料。该材料通过扩大层间距，为镍离子提供了快速扩散通道；同时，预嵌入的铁离子作为层间支柱，显著增强了五氧化二钒的层状结构稳定性；而与石墨烯的进一步复合，则有效提升了电极材料的导电性。
该正极材料在水系镍离子电池中呈现出较高的可逆比容量和超长的循环寿命。研究团队采用了原位X射线衍射、非原位拉曼光谱、X射线光电子能谱等多种表征方法并结合第一性原理计算，深入探究了水系镍离子的充放电机理，并揭示了镍离子在正极材料中的扩散路径，分析了该体系的电化学动力学特性。
该项工作对水系镍离子电池及其正极材料开发和机理研究具有重要意义。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103340
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