桂林理工大学刘远立、田亚雄团队EA：原位合成V2O3/生物质棉衍生碳复合材料用于水系镁离子电池

第一作者：杨程

通讯作者：田亚雄，刘远立

单位：桂林理工大学，

三氧化二钒（V₂O₃）由于其高理论比容量，显示出作为水系镁离子电池正极材料的潜力。然而，其低比表面积、低电导率和差的循环稳定性限制了其实际应用。在本工作中，V₂O₃成功地通过水热碳化法生长在碳化棉纤维表面（V₂O₃-C）。引入棉基碳可以提高 V₂O₃-C 的导电性，并作为支撑骨架，为 V₂O₃提供锚定位点。此外，纳米棒/纳米纤维结构提供了高孔隙率和大比表面积，增加了电极-电解质界面并促进快速离子传输。棉纤维中丰富的 -OH 能通过配位键锚定 V，防止钒溶解，并显著提高作为 水系镁离子电池正极的循环稳定性。

近日，来自桂林理工大学刘远立教授团队，在国际知名期刊Electrochimica Acta上发表题为“In situ synthesis of a V₂O₃/biomass cotton-derived carbon composite for aqueous magnesium-ion batteries”的观点文章。该研究采用棉花作为碳源，NH₄VO₃ 作为钒前驱体，开创性地合成了一种新型水系镁离子电池正极材料（V₂O₃-C）。该材料由棉花衍生的多孔碳纤维组成，具有高比表面积，并装饰有 V₂O₃纳米棒。多孔框架提供了超高比表面积和丰富的离子传输通道，大大促进了 Mg²⁺ 的扩散，从而实现优越的循环性能。

通过水热-碳化法成功将V₂O₃纳米棒原位生长在生物质棉纤维衍生的多孔碳上（V₂O₃-C），形成独特的纤维-棒状复合结构。该结构不仅提高了材料的比表面积（186.4 m² g^-1）和导电性，还有效抑制了V₂O₃的体积膨胀和钒溶解问题。

作为水系镁离子电池正极，V₂O₃-C在0.05 A g^-1下展现出215 mAh g^-1的高比容量，并在2 A g^-1下循环500次后仍保持98.8%的容量保持率。其优异的倍率性能和循环稳定性归因于复合材料的快速离子传输路径和良好的结构可逆性。

将V₂O₃-C与PTCDA负极组装成全电池（V₂O₃-C//PTCDA），在0.5 A g^-1下经历1400次循环后容量保持率达89.5%，并成功点亮LED灯，证明了其在实际应用中的可行性和稳定性，为低成本、高性能水系镁离子电池的开发提供了新思路。

本工作通过将V₂O₃与生物质棉衍生碳复合，成功制备出一种高性能水系镁离子电池正极材料，展现出高比容量和卓越的循环稳定性；该研究不仅为克服V₂O₃本身导电性差、体积变化大等问题提供了有效的材料设计策略，更通过组装全电池验证了其应用潜力，为未来开发低成本、可持续的高性能储能系统开辟了新的方向，后续研究可在材料微观结构精准调控、匹配高电压电解液与高性能负极、以及推广该生物质复合策略至其他体系等方面深入探索，以推动其从实验室走向实际应用。

In situ synthesis of a V₂O₃/biomass cotton-derived carbon composite for aqueous magnesium-ion batteries

刘远立教授简介：理学博士，教授，博士生导师，广西高校引进海外高层次人才“百人计划”获得者， 桂林市“漓江学者”。刘远立教授本科毕业于桂林理工大学，硕士研究生就读于中国科学技术大 学，2012毕业于美国鲍灵格林州立大学，获得博士学位。并先后就职于美国阿拉巴马大学和 加州大学圣地亚哥分校，从事光电传感、结构电池等方面基础研究与应用开发，多项研究成果 发表在J.Am.Chem.Soc., Adv.Funct.Mater., Chem. Commun., ACS Sustainable Chem. Eng., Electrochimica Acta.等国际知名期刊上。

杨程：桂林理工大学材料科学与工程学院化学硕士研究生，主要从事氧化钒电极材料的制备及其在水系镁离子电池中的性能研究。