石河子大学ChemElectroChem文章: 氧空位与C-O-V键的协同效应增强VO₂/V₂O₃@C纳米片的储钾性能

近年来，锂离子电池（LIBs）以其优异的能量密度和功率密度得到了广泛的研究,使其成为最适合应用于电动汽车和固定存储等新兴市场需求的储能技术。随着对大型储能系统需求的不断增长,对低成本、可持续发展的新型电池技术提出了更高的要求。由于地壳含量的丰富性和成本效益,近年来可充电钾离子电池（PIBs）由于其成本低、储量丰富以及与锂离子电池相似的工作原理等优点备受关注，然而，大的离子K⁺的半径(1.38 Å)不可避免地会引起过度的体积膨胀和迟滞动力学。因此，开发稳定的电极材料是一个更大的挑战促进PIBs的发展。

近日，石河子大学碳中和与环境催化剂技术研究团队（Carbon Neutralization and Environmental Catalytic Technology Laboratory，简称CN&ECTec Lab）于锋教授课题组与中国科学院新疆理化技术研究所殷娇研究员团队设计并合成了一种碳包覆VO₂和V₂O₃纳米颗粒纳米板（VO₂/V₂O₃@C）用于钾离子电池负极材料。VO₂/V₂O₃@C的碳包覆结构可以有效的缓解VO₂和V₂O₃的体积膨胀，提高电化学性能。同时，VO₂/V₂O₃@C还具有丰富的氧空位和C-O-V键，不仅可以加速离子和电子的传输还可以提供一部分活性位点。得益于C-O-V键与氧空位的协同作用和碳包覆结构，VO₂/V₂O₃@C作为钾离子电池负极材料表现出优异的倍率性能（在0.5A g^-1的电流密度下具有78 mAh g^-1的容量）和循环性能（在50 mA g^-1电流密度下循环 1000 圈后仍有146 mAh g^-1的容量）。为发展高性能钾离子电池负极材料的设计和开发提供了新思路.

相关工作以“Enhancing Potassium Storage Performance in VO₂/V₂O₃@C Nanosheets by Synergistic Effect of Oxygen Vacancy and C-O-V bond”为题，在ChemElectroChem发表。该论文的第一作者为石河子大学化学化工学院硕士研究生欧阳丹丹，通讯作者为：于锋教授和殷娇研究员。

图1. (a) XRD 曲线， (b) 拉曼曲线，XPS曲线(c) V2p (d) O1s, (e) VO₂/V₂O₃@C-180的EPR曲线， (f) C-O-V键含量。

图2. (a) 0.1 mV s^-1 扫速下VO₂/V₂O₃@C前三圈的循环伏安曲线，(b) 5 mA g^-1电流密度下 VO₂/V₂O₃@C前三圈的充放电曲线，(c) 1 mV s^-1扫速下VO₂/V₂O₃ 和 VO₂/V₂O₃@Cs的循环伏安曲线，VO₂/V₂O₃ 和 VO₂/V₂O₃@Cs (d)阻抗曲线，(e)倍率性能，(f)循环性能。

图3. (a) 不同扫速下的循环伏安曲线，(b) 对应的曲线logi与logv，(c) 在不同扫描速率下，VO₂/V₂O₃@C-180的电容与扩散贡献占比，(d) 0.2 mV s-1扫速下VO₂/V₂O₃@C-180的电容贡献占比。

文章信息：Dandan Ouyang, Chunyan Wang, Liuqian Yang, Yue Zhang, Ya-nan Wang, Hui Zhu, Feng Yu^* and Jiao Yin^*. Enhancing Potassium Storage Performance in VO₂/V₂O₃@C Nanosheets by Synergistic Effect of Oxygen Vacancy and C-O-V bond. ChemElectroChem， 2022， 9(13): e202200639.

文章链接：https://doi.org/10.1002/celc.202200639

期刊简介：《ChemElectroChem》是电化学储能领域的权威期刊，由Willy出版社出版发行，主要报道储能设备的基础理论研究成果，在电化学领域具有较高的国际影响力。