成果简介
钒氧化物一直被认为是非常有前途的水性锌离子电池（ZIB）阴极。然而，由于需要成本低廉、简单高效的制备方法，获得适合工业应用的高性能氧化钒基阴极仍然是一项重大挑战。本文，江苏大学 邓久军研究员团队、苏州大学 孙旭辉 教授等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Flash Joule Heating Synthesis of Layer-Stacked Vanadium Oxide/Graphene Hybrids within Seconds for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries”的论文，研究介绍了一种简便、快速的复合阴极合成方法，它由层状堆叠的VO2/V2O5和类石墨烯碳纳米片组成，通过闪焦耳加热策略处理商用 V2O5粉末，仅需2.5秒即可完成。
在用作 ZIB 的阴极时，所产生的复合材料在0.2Ag-1 的条件下可提供 459 mA h g-1 的同等速率容量，在1.0Ag-1的条件下循环2500次后可提供 355.5 mA h g-1 的显著循环稳定性，在10Ag-1的条件下循环10000次后可提供 169.5mA h g-1 的显著循环稳定性。进一步的电化学分析表明，这种令人印象深刻的性能得益于层叠 VO2/V2O5 异质结构的丰富位点和内置电场以及类石墨烯碳纳米片的优异导电性，从而加速了电荷转移并减轻了结构退化。这项研究为超快、低成本制备高性能氧化钒基复合阴极，实现高效ZIB提出了一种独特的方法。
图文导读
图1.VOG 复合材料制造的示意图。
图2. 商用 V2O5（a）和 VOG 复合材料（b-d）的 SEM 图像；VOG 复合材料的能量色散光谱（EDS）图（e）和 HRTEM 图像（f-i）。
图3：（a）商用 V2O5和 VOG 样品的高分辨率 V 2p XPS 光谱；（b）商用石墨纸和 VOG 样品的C K边 XAS光谱。
图4. VOG 电极最初十次循环（a）和激活后稳定状态（b）下的CV曲线、电静态充放电曲线（c）、1Ag-1 下的循环性能（d）、0.2至50Ag-1 不同电流下的速率性能（e）以及 10Ag-1 下的长期循环性能（f）。
图5. VOG 复合材料在 0.2 至 1.0 mV s-1 不同扫描速率下的 CV 曲线（a）、对数 (i) vs 对数 (ν) 曲线和相应的 b 值（b）、不同扫描速率下（c）和 1.0 mV s-1 下（d）扩散控制和容量控制的贡献，以及基于 GITT 测量的循环前和活化（稳定）状态后 VOG 阴极的 Zn2+ 扩散系数（e）。
图6. (a) VOG 阴极在0.2Ag-1下的活化（第1和第50个循环）和稳定化（第200个循环）充放电状态下的原位XRD图样以及相应的GCD曲线。(b) VOG阴极在活化和稳定循环过程中的存储机制示意图。
小结
总之，我们通过FJH技术展示了一种由层状堆叠的 VO2/V2O5 微结构和类石墨烯碳纳米片组成的复合材料的简便、超快合成方法。作为水性 ZIB 的阴极，制备的复合材料在 1.0 A g-1 下循环 2500 次后达到了令人钦佩的稳定性，即 355.5 mA h g-1；在 10 A g-1 下循环 10000 次后达到了 169.5 mA h g-1。进一步的电化学测量结果表明，之所以能取得如此优异的性能，是因为层叠 VO2/V2O5 异质结构具有丰富的位点和内置电场，从而加速了电子/Zn2+ 的转移，减轻了结构退化，同时类石墨烯碳纳米片也具有优异的导电性能。这项工作为获得高性能氧化钒基阴极以实现高效 ZIB 提供了一种新颖而有效的方法。
文献：https://doi.org/10.1021/acsami.4c10376
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