孙志鹏&邵涟漪&王刘彬 Small：高电压和超长寿命的聚阴离子型Na3V2(PO4)2F3@rGO正极应用于水系锌离子电池

第一作者：关杰多

通讯作者：邵涟漪*，王刘彬*，孙志鹏*

单位：广东工业大学，河北大学

锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和良好的循环稳定性而广泛应用于电动汽车和便携式电子设备。然而，由于锂资源的分布不均和稀少，以及使用可燃和挥发性有机电解质，存在巨大的安全隐患，这是锂离子电池在大规模应用中发展的障碍。相比之下，可充电水电池具有价格低廉、安全性高、离子导电性高和环境友好等优点，有利于大规模储能设备的建造。

理论上，多价金属离子（Mg²⁺、Ca²+、Zn²⁺、Al³⁺）可以提供更高的能量密度，因为多个电子参与氧化还原反应。其中，水系锌离子电池（AZIBs）由于成本低廉、理论容量高（820 mAh g⁻¹）和锌阳极的氧化还原电位低（-0.76 V vs.SHE）的优势得到研究者的关注。本文开发了一种聚阴离子型Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO复合正极实现了高电压长寿命的储锌能力，并通过多种表征手段探索了材料的储锌机制。

基于此，来自广东工业大学的孙志鹏教授/邵涟漪副教授与河北大学的王刘彬校聘教授合作，在国际知名期刊Small上发表题为“Polyanion-Type Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO with High-Voltage and Ultralong-Life for Aqueous Zinc Ion Batteries”的研究论文。该文章报道了一种微波水热辅助高温煅烧的方法制备Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO复合阴极用于水系锌离子电池，并通过原位XRD和非原位TEM、XPS等表征手段探索了材料的储锌机制。

图1材料的制备流程及表征。

图2：材料微观形貌图

图3：电池性能测试

图4：材料的反应动力学分析

图5：原位XRD和非原位XPS

图6：非原位TEM分析

图7：软包电池性能测试

本文采用微波水热辅助高温煅烧的方法制备了Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO复合材料，在水系电解液中可以发挥出优异的储锌性能（在 15 C 下循环 5000 次平均每个循环的容量衰减仅为 0.0074%）。

要点二：储锌机制研究

通过原位XRD，非原位XPS和TEM表征了在充放电过程中材料的晶体结构和物相构成的动态演变，原位XRD结果表明，在充放电过程中，不同晶面呈现不同的膨胀收缩变化，这减小了离子嵌入脱出导致晶胞的体积变化，使得材料的结构不易被破坏，有利于电极的循环稳定性。几种表征手段的结果都表明复合材料电极在第二圈后可以实现Zn²⁺的可逆嵌入/脱出。

要点三：软包电池的应用

软包电池在5C的大电流密度下，经过600次循环后仍可提供73.6 mAh g^-1的容量。串联的软包电池可以给智能手机充电，这优异的容量和循环稳定性以及展现出来的实用价值，证明Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO电极在储能设备的应用上是具有潜力的。

Polyanion-Type Na₃V₂(PO₄)₂F₃@rGO with High-Voltage and Ultralong-Life for Aqueous Zinc Ion Batteries

邵涟漪副教授简介：现任广东工业大学“青年百人计划”副教授，入选2021年“澳门青年学者计划”，主要从事新能源存储与转换器件（包括锂／钠／锌／镁离子电池等）的研究。先后在国内外学术期刊上以第一作者或通讯作者发表SCI论文30余篇，主持国家自然科学基金、广东省教育厅、广州市科技局科研项目以及横向课题等项目。

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