锌离子电池(ZIB)可以在水系统中运行，是安全性高、环境友好的下一代储能系统。然而，寻找具有理想纳米结构和组成的水溶液ZIB电极材料的研究仍在进行中。本文报道了由三氧化二钒(V₂O₃)固定在缠结碳纳米管(p-V₂O₃-CNT)上的多孔微球的合成及其作为ZIBs阴极的应用。综合分析表明，初始电荷过程后，V₂O₃相消失，Zn_3+x(OH)_2+3xV_2-xO_7-3x 2H₂O和锌钒酸盐(Zn_yVO_z)相从第二循环开始发生锌离子插层/脱插过程。对比p-V₂O₃-CNT、V₂O₃- CNT(无大孔)和多孔V₂O₃(无CNTs)微球的电化学性能，以确定纳米结构和导电碳基对锌离子存储性能的影响。p-V₂O₃-CNT在10A g^-1循环5000次后，具有237 mA h g^-1的高可逆容量。此外，在50A g^-1的极高电流密度下，可获得211 mA h g^-1的可逆容量。V₂O₃纳米结构中的大孔洞有效缓解了循环过程中的体积变化，高导电性的缠结碳纳米管有助于实现快速的电化学动力学。
 
 
图1 a) p-V₂O₃-CNT, b) V₂O₃-CNT, c) p-V₂O₃微球形成机理示意图。
 

图2 p-V₂O₃-CNT微球的形态、SAED模式和元素点映射图:a,b, SEM, c, TEM, d, HR-TEM, e, SAED模式，f)元素点映射图。
 

图3 p-V₂O₃-CNT微球的XPS谱:a) v2p, b) O 1s, c) c 1s, d) p-V₂O₃-CNT, V₂O₃-CNT和p-V₂O₃微球的TGA曲线。
 
 
图4. p-V₂O₃-CNT微球的XRD分析: a)恒电流充放电曲线显示预先选定的电势，并获得XRD谱图,b) 从第1到第3个循环，在不同电位下获得的非原位XRD谱图. 在c) 5-7和d) 29.45-29.9的2θ范围内，对第3个循环的XRD谱图进行了放大。
 
  
图5 p-V₂O₃-CNT微球放电态和带电态的非原位TEM分析:(a,e) TEM图，(b,f) HR-TEM图，(c,g) SAED图，(d,h)元素点映射图。
 
 
图6 非原位XPS分析p-V₂O₃-CNT微球的a-c放电和(d-f)荷电状态(第三循环): (a,d) V 2p， (b,e) O 1s和(c,f) Zn 2p XPS谱。
 
  
图7 p-V₂O₃-CNT、V₂O₃-CNT和p-V₂O₃微球的电化学性能:a) p-V₂O₃-CNT微球的CV曲线，b)第三循环充放电曲线，c) 10 A g^-1循环性能，d)不同电流密度下的速率性能。
 
  
图8 a) p-V₂O₃-CNT, b) V₂O₃-CNT, c)不同扫描速率下得到的p-V₂O₃微球的CV曲线，d)峰1和峰2的拟合对数(峰值电流)与对数(扫描速率)关系，e)显示表面电容性元素(绿色)和经验获得的电流的循环伏安图，f)不同扫描速率下的电容贡献。
 
  
图 9 原位EIS表征:根据a) p-V₂O₃-CNT, b) V₂O₃-CNT, c) p-V₂O₃微球，在第3个充放电过程中预选电势获得的Nyquist图，d) R_ct和e)锌离子扩散率(d)作为电势的函数。
 
       相关科研成果由韩国高丽大学Yun Chan Kang等人于2021年发表在Small Methods（ https://doi.org/10.1002/smtd.202100578）上。原文：Boosting the Electrochemical Performance of V₂O₃ by Anchoring on Carbon Nanotube Microspheres with Macrovoids for Ultrafast and Long-Life Aqueous Zinc-Ion Batteries。

转自《石墨烯杂志》公众号