基于钒氧化物或硫化物的水系锌离子电池（AZIB）由于其易于制造、低成本和高安全性，是大规模可充电储能的有希望的候选者。然而，钒基电极材料的商业应用一直受到循环性能差、倍率性能低等挑战性问题的阻碍。为此，采用先进的纳米结构工程技术将 VS2 纳米片巧妙地融入 MXene 中间层中，以创建稳定的二维异质层状结构。 MXene 纳米片与 VS2 纳米片表现出稳定的相互作用，而纳米片之间的插层有效地增加了层间距，进一步增强了它们在 AZIB 中的稳定性。得益于具有高导电性、优异的电子/离子传输和丰富的反应位点的异质层状结构，独立式VS2/Ti3C2Tz复合薄膜可用作AZIBs的阴极和阳极。具体而言，VS2/Ti3C2Tz 正极在 0.2 A g−1 时呈现出 285 mAh g−1 的高比容量。此外，柔性无锌金属面内 VS2/Ti3C2Tz//MnO2/CNT AZIB 具有高工作电压 (2.0 V) 和令人印象深刻的长期循环稳定性（5000 次循环后容量保持率为 97%），其性能几乎优于所有报道的 AZIB 钒基电极。通过纳米复合工程对材料结构的有效调控，有效增强了VS2的稳定性，在Zn2+存储方面显示出巨大的潜力。这项工作将加速并刺激此类复合材料在储能方向的进一步发展。

 
图1. 电极材料的制备工艺及储锌装置的应用。 A) VS2/Ti3C2Tz 复合薄膜的制备步骤。 B) VS2/Ti3C2Tz 复合薄膜作为阴极/阳极电极用于构建 Zn//T-V AZIB 和柔性无锌金属 AZIB 的示意结构以及器件的锌存储机制的说明。

 
图 2. 三电极配置中 1 M ZnSO4 中制备的薄膜的电化学性能。 A）不同质量比的VS2/Ti3C2Tz复合薄膜在2 mV s−1扫描速率下的CV曲线。 B) 原始 Ti3C2Tz、VS2 薄膜和 VS2/ Ti3C2Tz 复合薄膜在不同扫描速率下的倍率性能。 C) Ti3C2Tz、VS2 和 T-V = 1:5 薄膜在 2 mV s−1 扫描速率下的 CV 曲线比较。 D) Ti3C2Tz、VS2 和 VS2/Ti3C2Tz 复合薄膜的电化学阻抗谱。 （插图：对应于奈奎斯特图的等效电路模式）。
 
 
图 3. 物理特性。 A) Ti3C2Tz、B) VS2、C) T-V = 1:5 的横截面 SEM 图像。 T-V = 1:5 的 SEM 图像 (D)，带有 E) V、F) S、G) Ti、H) C、I) F 的 EDS 映射。
 
 
图 4. 物理特性。 A) XRD 图谱和 B) Ti3C2Tz、VS2 和 T-V = 1:5 薄膜的拉曼光谱。 VS2 的 XPS 光谱：V 2p 和 O 1S (C)、S 2p (D)。

 
图 5. Zn//T-V = 1:5 电池在 0–1.3 V 范围内循环的电化学性能。A) 不同扫描速率下的 CV 曲线。 B) 电流密度从0.2到10 A g−1的充放电曲线。 C) 评价绩效。 D) 循环寿命性能。 E) EQCM-D 参数的时间依赖性：施加的电位、电流和频率。
 

图 6. 锌离子存储行为的定量电容分析。 A) 恒电流间歇滴定技术 (GITT) 曲线。 B) 基于 GITT 计算的锌离子扩散系数。 C) 在 2 至 8 mV s−1 的不同扫描速率下 T-V = 1:5 的 CV 曲线。 D) T-V = 1:5 阴极氧化还原峰处对应的对数（峰值电流）与对数（扫描速率）关系图。 E) 2 mV s−1 时的 CV 曲线显示电容对总电流的贡献（阴影区域）。 F) T-V=1:5阴极中不同扫描速率下电容电荷和扩散控制电荷的贡献率
 

图 7. AZIB 中 T-V = 1:5 电极的 Zn2+ 存储机制。 A) T-V = 1:5 电极在 0.5 A g−1 时的 GCD 曲线。相应的异位 XRD 图 B、C) 和异位 XPS 谱 (D)-(E)。
 

图 8. 柔性不含金属锌的 T-V = 1:5//MnO2-CNT ZIB 的电化学性能。 A) MnO2-CNT 和 T-V = 1:5 薄膜和 B) 不同扫描速率下器件的 CV 曲线。 C) 电流密度从0.2到20.0 A g−1的充放电曲线。 D）柔性无锌金属ZIB的光学图像和示意图。 E）不同角度弯曲的柔性无锌金属ZIB器件的CV曲线。 F) 循环寿命性能。 G) 这项工作的拉贡图和报告的对应物。
  
       相关科研成果由江西科技师范大学Jianxia Jiang等人于2024年发表在Advanced Science（https://doi.org/10.1002/advs.202401252）上。原文：MXene-Stabilized VS2 Nanostructures for High-Performance
Aqueous Zinc Ion Storage
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202401252

转自《石墨烯研究》公众号