新电池大容量！上海硅酸盐所提出多价离子电池

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所李池林研究员团队和刘建军研究员团队提出了层状阳极的骨架支撑活化策略。在V2O5中间层原位嵌入导电聚合物-聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）载体以增强正极结构的稳定性和导电性同时诱导离子通道扩张，降低离子迁移势垒，激活镁/锌离子驱动的反应动力学，实现V2O5优异的镁储存/锌电化学性能。

相关成果近期发表在Energy Environ。科学。和 Small 在国际能源/材料期刊中。

镁/锌离子电池作为一种新型的绿色储能技术，具有负体积比容量高、成本低、安全性好、使用过程中不易形成分支等优点。沉积/剥离过程。水晶等优点。然而，二价镁/锌离子具有高电荷密度和强极化，可与主体（阴离子）骨架产生强静电吸引力。这种强相互作用限制了多价离子在主晶格中的大量迁移，并容易导致结构在循环过程中坍塌。传统的纳米结构正极虽然可以在一定程度上弥补反应动力学缓慢的缺点，但会导致负极振实密度降低，加速活性物质的溶解。因此，开发新型正极结构对于镁/锌等多价离子电池的发展至关重要。

V2O5作为典型的层状结构氧化物，具有较大的理论比容量，具有由于工作电压高，层间距可调。

PEDOT深嵌在V2O5中，具有可剥离和细化的活性颗粒，构建多级结构的纳米线簇阳极（VOP）改善其在镁电池中的反应动力学和循环可逆性。

PEDOT柱体不仅扩大了层间离子通道，而且显着缩小了V2O5的带隙，通过静电作用有效降低了Mg2+/MgCl+共嵌入离子在晶格中的吸附能和迁移势屏蔽屏障以加速电荷和质量的转移。

▲导电聚合物柱V2O5与多阳离子嵌入模式的协同作用为了实现纳米线簇氧化物的大容量储镁性能

此外，通过将十六烷基三甲基溴化铵引入全苯基氯化镁（APC）电解质（CTAB）添加剂中进一步支持膨胀层间离子通道。

此外，CTA+离子还可以通过静电场调节离子电流在负极侧的沉积/剥离行为，降低界面阻抗，稳定金属镁负极。

由于正极结构和电解质成分的协调调制，这种新型电池的性能优于大多数报道的非镁金属基镁离子电池，没有负极钝化问题。

▲导电聚合物的浅柱激活级联效应驱动V2O5大颗粒正极优异的储锌性能

V2O5基材料也是经济环保型水基锌电池常用的负极之一。上述深支撑-剥离法有利于提高正极在液体中的溶解度，不利于长期循环稳定性。

为了避免深度嵌入纳米技术带来的负面问题，团队提出只在V2O5.扩大层间入口的策略通过级联效应引导二价锌离子的嵌入和连续膨胀，以激活更深的体中间层。

这种协同的层间膨胀活化机制可以促进V2O5的完全快速氧化，同时保持大颗粒的完整还原反应有效降低了晶格中二价锌离子的吸附能和离子迁移势垒。

此外，疏水性PEDOT的掺入可以抑制活性材料的水溶解并改善颗粒之间的电接触。

由于上述优点，浅柱V2O5表现出优异的循环性能和倍率性能。这种浅柱激活概念可以扩展到更大的粒子电极系统。

上述结果的第一作者为上海硅酸盐学院博士生姚振国。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划的资助和支持。

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文章来源：《硅酸盐学报》 网址: http://www.gsyxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0908/579.html