水系锌离子电池是以金属锌作为负极、无机溶液作为电解液的新型二次电池，相比其他可充电池具有安全环保、价格低廉的优点，在大规模储能、智能电网领域拥有巨大的潜力。目前锌离子电池的研究重点主要集中在正极材料的开发上，兼顾低成本和高性能的正极材料自然是研究者追求的目标。
最近，武汉理工大学的麦立强教授课题组报道了一种用作锌离子电池正极的钒酸铁材料（Fe5V15O39(OH)9•9H2O）。该材料的合成过程非常简单，只需在90 ℃常压水浴的条件下将硝酸铁和偏钒酸铵溶液混合，搅拌1小时即可得到纳米片形貌的最终产物。产物的相关表征如图1所示。
图1. FVO纳米片的相关表征结果
该FVO纳米片不仅合成容易，在锌离子电池中也表现出较好的性能。在0.1 A/g的电流密度下，初始比容量高达385 mAh/g。在5 A/g的大电流密度下，该纳米片也具有较好的长循环稳定性。该工作首次采用Zn(TFSI)2水溶液（浓度：0.3 mol/L）作为锌离子电池的电解液，与常用的ZnSO4水溶液相比，Zn(TFSI)2体系具有更好的循环稳定性，可能是由于体积更大的TFSI-阴离子团能抑制溶剂化效应。
图2. FVO/Zn电池系统的电化学性能
充放电过程中极片的非原位和原位XRD测试结果证实了FVO纳米片的储锌机制是层间脱嵌。XPS分析则表明，反应过程中不仅V元素在+5、+4、+3三个价态之间变化，Fe元素的价态也在+3和+2之间转变。这两种元素的价态变化都对电池的容量做出了贡献。
图3. Ex-situ XRD、in-situ XRD和XPS
作为兼具低成本和优良性能的一种正极材料，FVO纳米片应用于水系锌离子电池可更充分地发挥锌离子电池的价格优势，表现出较为广阔的实际应用前景。相关成果近期发表在Chemical Communications 上。
该论文作者为：Zhuo Peng, Qiulong Wei, Shuangshuang Tan, Pan He, Wen Luo, Qinyou An and Liqiang Mai
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Novel layered iron vanadate cathode for high-capacity aqueous rechargeable zinc batteries
Chem. Commun., 2018, 54, 4041, DOI: 10.1039/C8CC00987B
麦立强教授课题组介绍
麦立强教授课题组主要开展新型纳米储能材料与器件领域的前沿探索性研究，包括新能源材料、微纳器件、面向能源的生物纳电子界面等前沿方向；率先将纳米器件应用于电化学储能研究，重点开展了纳米电极材料的可控生长、性能调控、器件组装、原位表征、电输运与储能等系统性的基础研究，取得了一系列国际认可的创新性成果。该课题组近年来主持/承担了国家重点基础研究发展计划、国家国际科技合作专项、国家杰出青年基金、教育部“长江学者特聘教授”、创新团队发展计划、国家青年千人计划、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才计划等20余项；目前在Nature、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Proc. Natl. Acad. Sci. USA、Advanced Materials、Energy & Environmental Science、Nano Letters 等国际著名期刊发表学术论文270余篇，包括Nature 及其子刊10篇，影响因子大于10的90余篇，45篇论文入选ESI近十年高被引论文，9篇入选ESI全球TOP 0.1%热点论文；取得授权国家发明专利70余项，获中国青年科技奖、光华工程科技奖（青年奖）、湖北省自然科学一等奖、侯德榜化工科学技术奖（青年奖）、Nanoscience Research Leader奖，入选“百千万人才工程计划”、国家“万人计划”领军人才，并授予“有突出贡献中青年专家”的荣誉称号，享受国务院政府特殊津贴；指导学生获得“中国青少年科技创新奖”（3届），全国大学生“挑战杯”特等奖（1届）、一等奖（2届）、二等奖（4届），中国大学生自强之星标兵（1届）和2014年大学生“小平科技创新团队”等湖北省自然科学一等奖一项。
麦立强
http://www.x-mol.com/university/faculty/26717
课题组链接
http://mai.group.whut.edu.cn
麦立强教授课题组微信公众号：MLQ_group
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