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置换/嵌入机理：显著提高水系锌离子电池性能: nanomicrolett 2020-4-16 17:29; Layered Birnessite Cathode with a Displacement/Intercalation Mechanism forHigh-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries Xian-Zhi Zhai, Jin Qu*,Shu-Meng Hao, Ya-Qiong Jing, Wei Chang, Juan Wang, Wei Li, Yasmine Abdelkrim, Hongfu Yuan, Zhong-Zhen Yu* Nano-Micro Lett.(2020)12:56 https://doi.org/10.1007/s40820-020-0397-3 本文亮点 1 采用选择性刻蚀法，成功合成钠离子/结晶水共嵌的层状 Na 0.55 Mn 2 O 4 ·0.57H 2 O(NMOH) ，用作水系锌离子电池正极。 2 首次在水系锌离子电池锰基正极材料体系揭示置换/嵌入机理。 3 NMOH正极在500 mA/g的电流密度下具有高达 201.6 mAh/g的可逆容量和良好循环稳定性。内容简介水性锌离子电池 (ZIBs) 锰基正极材料在充电/放电循环过程中，伴随着锌离子的脱出/嵌入，会发生严重的晶体结构转变，从而影响电池的循环稳定性。本工作以硅酸锰为前驱体，通过氢氧化钠选择性刻蚀硅氧四面体和诱导锰氧八面体骨架的重排，制备了层状Na 0.55 Mn 2 O 4 ·0.57H 2 O(NMOH)，并用作水性锌离子电池的正极。通过Na + 和结晶水共同嵌入到晶体层间的策略，不仅扩大了NMOH晶体层间距离而且稳定了层状结构，从而有利于在保持锰基材料结构稳定性的情况下实现Zn 2+ 的可逆嵌入与脱出。通过研究，首次在锰基正极材料中证实了置换/嵌入的电化学储能机理：首个电化学过程中，部分钠离子被Zn 2+ 取代，留在晶体中的Zn 2+ 起到支撑的作用，进一步稳定层状结构，促进随后进行的Zn 2+ /H + 嵌入/脱出过程，从而使电池获得了高的比容量和优异的循环稳定性。另外，首圈从NMOH中脱出的Na + ，在此后的放电过程中会被重新吸附到正极表面，产生赝电容以提升电极材料的比容量。得益于此，NMOH正极材料在200和1500 mA/g的电流密度下，分别具有高达389.8和87.1 mAh/g的可逆容量。本工作为提高ZIBs锰基正极材料的电化学性能提供了新策略和新思路。研究背景水系锌离子电池由于其生态友好、成本低以及水性电解液安全性高等优点，得到越来越多的关注。其中，锰基正极材料因其较高的工作电压、高的能量密度和环境友好性等优点，成为具有竞争力的明星材料之一。然而，伴随着锌离子的脱出/嵌入，锰基材料会发生严重的晶体结构转变，从而影响电池的循环稳定性。本工作通过对水钠锰矿层间钠离子和结晶水的系统调控，证明行之有效的置换/嵌入机理可以显著提高锰基材料的结构稳定性和电化学性能。图文导读 I 正极材料的形貌结构表征利用氢氧化钠溶液选择性刻蚀前驱体，成功合成了钠离子/结晶水共嵌的层状Na 0.55 Mn 2 O 4 ·0.57H 2 O(NMOH)。如图1所示，制备的NMOH具有良好的结晶性和层状结构，钠离子与结晶水在NMOH层间，扩大了层间距的同时，起到支撑、稳定层状结构的作用，为锌离子的扩散提供了适宜的通道。透射电镜照片可以直观看到从颗粒状Mn x Si y O z 前驱体到片状NMOH的形貌演化；进一步的高分辨透射电镜照片显示，纳米片具有大量由氢氧化钠刻蚀所形成的微孔以及缺陷，这有利于锌离子的嵌入、扩散与传输，进一步提升电极材料的电化学性能 (图2)。图1(a)NMOH的XRD图；(b)NMOH的晶体结构示意图；NMOH的XPS光谱图：(c)NMOH的总XPS光谱图，(d)O1s光谱图，(e)Na1s光谱图和(f)Mn 2p光谱图。图2 (a)前驱体Mn x Si y O z 的TEM图像。NMOH的(b)SEM图像，(c)TEM图像，(d，e)HRTEM图像，以及(f)SAED图案。 II Zn/NMOH电池的电化学性能表征如图3所示，以锌箔为负极、NMOH为正极、含2 M ZnSO 4 和0.2 M MnSO 4 的电解液组装Zn/NMOH扣式电池，并测试其电化学性能。电化学窗口为0.8-1.9 V的情况下，CV曲线在1.24和1.36 V处出现还原峰，在1.57和1.62 V处出现两个氧化峰，对应于两步嵌锌/脱锌的电化学过程，与恒电流充电/放电曲线中两个放电/充电平台相对应，并且电池具有极好的可逆性。Zn/NMOH表现出良好的倍率性能和循环稳定性。图3NMOH电极的电化学性能表征。(a)水系ZIBs的工作原理示意图。(b)Zn/NMOH扣式电池以0.1 mV/s的扫描速率得到的CV曲线。(c)Zn/NMOH电池的恒流充电/放电曲线(电化学窗口为0.8至1.9 V)。(d)NMOH电极的倍率性能。(e)NMOH电极在500 mA/g电流密度下的循环性能。 III Zn/NMOH电池的储能机理研究图4非原位XRD图谱显示，充放电过程中NMOH正极(001)、(11-1)晶面的特征峰位置有不同的偏移：(001)晶面的偏移，是因为锌离子嵌入后产生的静电引力，导致其层间距变小，从而发生偏移；而(11-1)晶面的移动，是由于Mn元素不同价态下Mn-O键键长不同造成的，放电过程中，锌离子的嵌入使Mn元素发生还原反应，致使Mn-O键键长增加，晶面偏移。此外，非原位XRD图谱显示充放电过程中出现新峰，对应于非原位SEM图中在NMOH正极表面出现的较大片状物质。经实验分析，此为(Zn 4 SO 4 (OH) 6 ·0.5H 2 O)，并且其生成与分解是可逆的。与文献报道类似，其是H + 参与脱嵌的产物。图4(a)在第二个循环中，NMOH正极的典型充电/放电曲线和相应的SEM图像。(b-e)在第二个循环中，在电流密度为200 mA/g的情况下，不同充电/放电状态下的非原位XRD图谱和NMOH正极的相应GCD曲线。对循环过程中的电极材料经XPS图谱分析，进一步证实锌离子的可逆嵌入/脱出，以及Zn 4 SO 4 (OH) 6 ·0.5H 2 O的可逆生成与分解过程 (图5)。结合阻抗谱计算分析和元素分析等，可以证实平台1主要是H + 参与脱嵌，平台2是Zn 2 + 参与脱嵌。为了证实置换/嵌入的机理，作者进行了先充电后放电的对照实验，结果表明钠离子的过量脱出不利于结构稳定性，显著降低循环容量。为了证明层间水的重要性，作者采用不同温度煅烧处理样品，也制备了不含层间水和钠的δ-MnO 2 ，电化学测试结果显示，适量层间水的存在确实可以显著提高循环容量和循环稳定性。此外，以1M Na 2 SO 4 为电解质的对照实验，验证了脱出钠离子的赝电容行为。图5 (a)Zn 2p(b)Mn 2p和(c)O 1s在初始、完全放电和完全充电状态下的非原位XPS光谱图。(d)初始状态和完全充电状态下Na 1s的XPS光谱图。(e)0.1 mV/s扫描速率下Zn / NMOH电池在不同电解质中的循环伏安曲线，不同电解质：2 M ZnSO 4 + 0.2 M MnSO 4 (红色)和1M Na 2 SO 4 (蓝色)。图6总结了本工作电池体系储能的机理图：在第一个放电过程中，由水分子包裹的溶剂化锌离子嵌入层状NMOH电极中，然后第一次充电过程中NMOH电极脱出Zn 2+ /Na + ，其中部分锌离子取代部分钠离子以支撑层状结构，使电极晶体结构保持稳定。在随后的放电过程中，H + 在第一个平台时嵌入到NMOH电极中，同时形成新相Zn 4 SO 4 (OH) 6 ·0.5H 2 O，然后Zn 2+ 在第二个平台处嵌入到NMOH电极中；同时，钠离子被吸附在电极表面，产生少量的赝电容容量。在随后的充电过程中，Zn 2+ /H + 从电极中可逆地脱出，同时伴随着钠离子的解吸附。这种置换/嵌入反应机理使NMOH电极具有高的可逆容量和优异的循环稳定性。图6 NMOH正极材料的置换/嵌入反应机理示意图。作者简介于中振本文通讯作者北京化工大学教授 ▍ 主要研究领域长期从事复合材料加工、高性能化和功能化研究，包括：聚合物加工、增强与增韧、导电与导热、电磁屏蔽与吸波、面向能源与环境的纳米复合材料和纳米杂化材料。 ▍ 主要研究成果出版一部学术专著“Polymer Nanocomposites- Towards multi-functionality”、一部编辑著作 “PolymerNanocomposites”、五篇著作章节；发表学术期刊论文250余篇。获得中国科学院化学研究所青年科学奖特别奖 (1998)，中国化学会青年化学奖 (1999), 教育部新世纪优秀人才 (2008)，国家杰出青年科学基金 (2011)，中国化学会高分子科学创新论文奖 (2015)。 ▍ 课题组主页: http://www.cmse.buct.edu.cn/gyxy/szdw/zzjg/zg/106136.htm 曲晋本文通讯作者北京化工大学副教授 ▍ 主要研究领域高效纳米结构吸附/催化材料的程序化制备(双氧水、PMS基高级氧化法等)；高性能储能材料的基础研究(锂离子电池、锂硫电池、锌离子电池、钠离子电池等)。 ▍ 主要研究成果作为项目负责人已承担国家级、部级或校级项目6项，参与国家级、省部级科研项目多项，在国内外重要学术期刊Appl. Catal. B-Environ., Adv. Funct. Mater., EnergyStorage Mater., J. Mater. Chem. A, Nano-Micro Lett., ACS Appl. Mater.Interfaces,Carbon等发表论文55篇，申请发明专利2项。 ▍ 课题组主页: http://www.cmse.buct.edu.cn/gyxy/szdw/zzjg/fg/106176.htm 撰稿：原文作者编辑：《纳微快报》编辑部关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 7840 次阅读|0 个评论

【相关阅读】超大层间距提升负载！首次报道一种新型钒基水系ZIBs正极材料: nanomicrolett 2019-10-28 12:24; Ultra-high Mass-Loading Cathode for Aqueous Zinc-ion battery Based on Graphene-Wrapped Aluminium Vanadate Nanobelts WenyuZhang, Shuquan Liang*, Guozhao Fang, Yongqiang Yang and Jiang Zhou* Nano-Micro Lett. (2019) 11: 69 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0300-2 ▍ 本文亮点 ▍ 1 首次将H 11 Al 2 V 6 O 23.2 用于水系锌离子电池正极材料，该材料具有超大层间距，为Zn 2+ 的扩散提供了广阔的空间。 2 石墨烯包覆H 11 Al 2 V 6 O 23.2 纳米带结构，提高了电子导电性，也抑制了元素在水系电解液中的溶解。 3 在~15.7 mg/cm2的超高质量负载下，H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯正极材料仍能表现出较高的容量和优异的循环稳定性。 ▍ 内容简介 ▍ 相比锂离子电池，可充电水系锌离子电池 (ZIBs)具有成本低、环境友好、安全可靠等优点，同时兼顾高能量高功率的特性，因而具备大规模储能应用的潜力。目前针对水系ZIBs正极材料的开发与研究有很多，其中主要有钒基、锰基、普鲁士蓝衍生物、有机物等材料。但在前期研究中发现，锰基材料倍率性能较差，普鲁士蓝衍生物可逆容量较低。而钒基材料资源丰富，并具备较高的理论比容量，因此是有希望的水系ZIBs正极材料。基于纯V 2 O 5 表现出的低电子导电性、较差Zn 2+ 扩散动力学等问题，科学家提出了许多解决方案。其中，通过金属离子或结构水的预嵌入而制备出的正极材料（如K 0.25 V 2 O 5 ，Na 0.33 V 2 O 5 ，NH 4 V 4 O 10 等）均在循环与倍率性能上得到了提升。但钒基正极材料在低电流密度下循环稳定性差，循环过程中钒元素在电解液中溶出等问题仍有待解决。基于此，中南大学梁叔全和周江教授团队首次通过水热法与冷冻干燥处理，合成了石墨烯包裹的H 11 Al 2 V 6 O 23.2 纳米带复合材料。H 11 Al 2 V 6 O 23.2 材料在(001)晶面具有超大的层间距(13.36Aring;)，有利于Zn 2+ 的扩散；石墨烯能够提高电极体系的电子导电性，其有效包覆能够在一定程度上抑制H 11 Al 2 V 6 O 23.2 中钒元素在循环过程中的溶解。此新颖结构的构建，有效解决了钒基材料电子和离子导电性差的双重难题，也一定程度上缓解了正极材料溶解问题。将该材料应用于水系锌离子电池正极，在2 M ZnSO 4 水系电解液中展现出了优异的储锌性能。特别地，在~15.7mg/cm2的超高质量负载下，该正极仍有不俗的电化学性能表现。 ▍ 图文导读 ▍ ▍ H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯(HAVO@G)的材料表征 H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯复合材料通过水热法与后续冷冻干燥处理合成，其具有较大的层间距，(001)晶面的面间距为13.36Aring;，三倍于原始层状V 2 O 5 结构(4.4 Aring;, PDF#41-1426)，同时其表面均匀的被石墨烯包覆。这种超大的层间距的形成是由于在氧化钒的层状结构中嵌入了三价铝离子。H 11 Al 2 V 6 O 23.2 为长3 μm，宽0.5 μm的纳米带形貌，元素Al、V在其中均匀的分布，其中V为+4、+5构成的混合价态。图1 HAVO@G材料的(a)XRD图谱; (b-d)SEM、TEM、HRTEM图像与TEM-EDS元素图像; (e)元素Al、V的XPS图谱。 ▍ HAVO@G正极的电化学性能 HAVO@G正极的CV图谱显示其循环过程中多步嵌Zn 2+ 反应与较高的可逆性。由于石墨烯的存在增加了体系的电子导电性和提高了材料的稳定性，其在2 A/g的电流密度下表现出较为稳定的循环性能。同时其在倍率测试与超高质量负载循环测试中均表现出了理想的可逆容量与循环稳定性(活性物质质量负载约为15.7 mg cm2的极片在2 A/g下稳定循环400圈后仍保持131.7 mA h/g的可逆比容量)。图2 (a)HAVO@G正极的(a)CV图谱;(b, c)与未包覆石墨烯的HAVO正极在2 A/g电流密度下的电化学性能对比与对应的恒电流充放电曲线;(d)1-10 A/g的倍率性能；(e)2 A/g下超高质量负载极片的循环性能。 ▍ HAVO@G正极的动力学分析在对HAVO@G正极在循环过程中的动力学分析发现，赝电容行为贡献了较多的容量，这是由于复合材料中的石墨烯包裹结构与HAVO纳米带形貌提供的大比表面积共同导致。较大的赝电容贡献将有利于提高材料的倍率性能和长循环性能。图3HAVO@G正极(a)在不同扫速下的CV图谱; (b)氧化还原峰处log(i)与log(v)的散点图与线性拟合结果; (c)计算得到的1 mV/s扫速下的赝电容贡献(阴影部分)与(d)其它扫速下的赝电容贡献柱状图。 ▍ HAVO@G正极的GITT测试 GITT测试结果显示在第二、三圈循环中，Zn 2+ 的扩散系数在10 -7 -10 -8 cm2/s之间，这与报道过的其它钒基材料相比具有明显的提升。表明了HAVO@G较大的(001)晶面间距可为循环中Zn 2+ 的扩散提供充足的空间。图4HAVO@G正极在GITT测试中的充放电曲线与不同充放电状态下Zn2+扩散系数计算散点图。 ▍ HAVO@G正极嵌Zn2+机理研究 XRD图谱显示充放电过程中HAVO@G正极(001)晶面的位置基本保持不变，但是强度有所降低。随着Zn 2+ 和H + 的嵌入，有两个新相形成。另一方面，XPS图谱也反映了Zn 2+ 在结构中的嵌入/脱嵌，伴随着材料中部分V元素的还原/氧化过程。完全放电/充电状态下的TEM图像也显示了循环过程中稳定的(001)晶面。图5 HAVO@G正极在(a)不同充放电状态下的XRD图谱；(b)初始与完全放电/充电状态下元素Zn、V、Al的XPS图谱；(c)完全放电/充电状态下的HRTEM图像、SEAD图谱与TEM-EDS元素图像。作者简介梁叔全 (本文通讯作者) 中南大学材料科学与工程学院教授 ▍ 主要研究领域从事能源存储材料、粉末冶金、轻合金等研究。 ▍ 主要研究成果中南大学材料学院新能源材料研究团队学术带头人。芙蓉学者特聘教授及成就奖获得者，享受国务院特殊津贴专家，澳大利亚Monash大学工学约翰莫纳士爵士奖章获得者。相关研究成果发表高水平论文100余篇，其中包括国际著名权威学术刊物：EnergyEnvironmental Science, Advanced Energy Materials, Nano Energy, Journal of American Ceramic Society, Journal of European Ceramic Society等。申请专利30余项，获国家科技进步二等奖1项、部级科技进步一等奖1项、省级科技进步二等奖1项。 Email: lsq@csu.edu.cn 主页链接 : http://mse.csu.edu.cn/bk/?id=Liang%20Shuquan 周江 (本文通讯作者) 中南大学特聘教授 ▍ 主要研究领域主要研究方向为水系锌离子电池、锂(钠)离子电池、超级电容器以及催化电极材料等。 ▍ 主要研究成果以一作或通讯作者在Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., ACSNano, Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., Acta Mater., Nano Energy, EnergyStorage Mater., Adv. Sci.,等国际SCI期刊发表学术论文50余篇。 Email: zhou_jiang@csu.edu.cn 主页链接 : http://mse.csu.edu.cn/bk/?id=zhou-jiang 张文钰中南大学材料科学与工程学院硕士研究生 ▍ 主要研究领域水系锌离子电池正极材料。 Email: zhangwenyu@csu.edu.cn 相关阅读锌离子电池进展 ·往期回顾 👇 1 清华大学徐成俊：揭示水系Zn/MnO2锌离子电池储能新机理 2 NML研究文章｜水系锌离子电池正极材料：混合价态V2O5纳米球关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 3675 次阅读|0 个评论

超大层间距提升负载！首次报道一种新型钒基水系ZIBs正极材料: nanomicrolett 2019-9-19 17:00; Ultra-high Mass-Loading Cathode for Aqueous Zinc-ion battery Based on Graphene-Wrapped Aluminium Vanadate Nanobelts WenyuZhang, Shuquan Liang*, Guozhao Fang, Yongqiang Yang and Jiang Zhou* Nano-Micro Lett. (2019) 11: 69 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0300-2 ▍ 本文亮点 ▍ 1 首次将H 11 Al 2 V 6 O 23.2 用于水系锌离子电池正极材料，该材料具有超大层间距，为Zn 2+ 的扩散提供了广阔的空间。 2 石墨烯包覆H 11 Al 2 V 6 O 23.2 纳米带结构，提高了电子导电性，也抑制了元素在水系电解液中的溶解。 3 在~15.7 mg/cm2的超高质量负载下，H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯正极材料仍能表现出较高的容量和优异的循环稳定性。 ▍ 内容简介 ▍ 相比锂离子电池，可充电水系锌离子电池 (ZIBs)具有成本低、环境友好、安全可靠等优点，同时兼顾高能量高功率的特性，因而具备大规模储能应用的潜力。目前针对水系ZIBs正极材料的开发与研究有很多，其中主要有钒基、锰基、普鲁士蓝衍生物、有机物等材料。但在前期研究中发现，锰基材料倍率性能较差，普鲁士蓝衍生物可逆容量较低。而钒基材料资源丰富，并具备较高的理论比容量，因此是有希望的水系ZIBs正极材料。基于纯V 2 O 5 表现出的低电子导电性、较差Zn 2+ 扩散动力学等问题，科学家提出了许多解决方案。其中，通过金属离子或结构水的预嵌入而制备出的正极材料（如K 0.25 V 2 O 5 ，Na 0.33 V 2 O 5 ，NH 4 V 4 O 10 等）均在循环与倍率性能上得到了提升。但钒基正极材料在低电流密度下循环稳定性差，循环过程中钒元素在电解液中溶出等问题仍有待解决。基于此，中南大学梁叔全和周江教授团队首次通过水热法与冷冻干燥处理，合成了石墨烯包裹的H 11 Al 2 V 6 O 23.2 纳米带复合材料。H 11 Al 2 V 6 O 23.2 材料在(001)晶面具有超大的层间距(13.36)，有利于Zn 2+ 的扩散；石墨烯能够提高电极体系的电子导电性，其有效包覆能够在一定程度上抑制H 11 Al 2 V 6 O 23.2 中钒元素在循环过程中的溶解。此新颖结构的构建，有效解决了钒基材料电子和离子导电性差的双重难题，也一定程度上缓解了正极材料溶解问题。将该材料应用于水系锌离子电池正极，在2 M ZnSO 4 水系电解液中展现出了优异的储锌性能。特别地，在~15.7mg/cm2的超高质量负载下，该正极仍有不俗的电化学性能表现。 ▍ 图文导读 ▍ ▍ H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯(HAVO@G)的材料表征 H 11 Al 2 V 6 O 23.2 @石墨烯复合材料通过水热法与后续冷冻干燥处理合成，其具有较大的层间距，(001)晶面的面间距为13.36，三倍于原始层状V 2 O 5 结构(4.4 , PDF#41-1426)，同时其表面均匀的被石墨烯包覆。这种超大的层间距的形成是由于在氧化钒的层状结构中嵌入了三价铝离子。H 11 Al 2 V 6 O 23.2 为长3 μm，宽0.5 μm的纳米带形貌，元素Al、V在其中均匀的分布，其中V为+4、+5构成的混合价态。图1 HAVO@G材料的(a)XRD图谱; (b-d)SEM、TEM、HRTEM图像与TEM-EDS元素图像; (e)元素Al、V的XPS图谱。 ▍ HAVO@G正极的电化学性能 HAVO@G正极的CV图谱显示其循环过程中多步嵌Zn 2+ 反应与较高的可逆性。由于石墨烯的存在增加了体系的电子导电性和提高了材料的稳定性，其在2 A/g的电流密度下表现出较为稳定的循环性能。同时其在倍率测试与超高质量负载循环测试中均表现出了理想的可逆容量与循环稳定性(活性物质质量负载约为15.7 mg cm2的极片在2 A/g下稳定循环400圈后仍保持131.7 mA h/g的可逆比容量)。图2 (a)HAVO@G正极的(a)CV图谱;(b, c)与未包覆石墨烯的HAVO正极在2 A/g电流密度下的电化学性能对比与对应的恒电流充放电曲线;(d)1-10 A/g的倍率性能；(e)2 A/g下超高质量负载极片的循环性能。 ▍ HAVO@G正极的动力学分析在对HAVO@G正极在循环过程中的动力学分析发现，赝电容行为贡献了较多的容量，这是由于复合材料中的石墨烯包裹结构与HAVO纳米带形貌提供的大比表面积共同导致。较大的赝电容贡献将有利于提高材料的倍率性能和长循环性能。图3HAVO@G正极(a)在不同扫速下的CV图谱; (b)氧化还原峰处log(i)与log(v)的散点图与线性拟合结果; (c)计算得到的1 mV/s扫速下的赝电容贡献(阴影部分)与(d)其它扫速下的赝电容贡献柱状图。 ▍ HAVO@G正极的GITT测试 GITT测试结果显示在第二、三圈循环中，Zn 2+ 的扩散系数在10 -7 -10 -8 cm2/s之间，这与报道过的其它钒基材料相比具有明显的提升。表明了HAVO@G较大的(001)晶面间距可为循环中Zn 2+ 的扩散提供充足的空间。图4HAVO@G正极在GITT测试中的充放电曲线与不同充放电状态下Zn2+扩散系数计算散点图。 ▍ HAVO@G正极嵌Zn2+机理研究 XRD图谱显示充放电过程中HAVO@G正极(001)晶面的位置基本保持不变，但是强度有所降低。随着Zn 2+ 和H + 的嵌入，有两个新相形成。另一方面，XPS图谱也反映了Zn 2+ 在结构中的嵌入/脱嵌，伴随着材料中部分V元素的还原/氧化过程。完全放电/充电状态下的TEM图像也显示了循环过程中稳定的(001)晶面。图5 HAVO@G正极在(a)不同充放电状态下的XRD图谱；(b)初始与完全放电/充电状态下元素Zn、V、Al的XPS图谱；(c)完全放电/充电状态下的HRTEM图像、SEAD图谱与TEM-EDS元素图像。作者简介梁叔全 (本文通讯作者) 中南大学材料科学与工程学院教授 ▍ 主要研究领域从事能源存储材料、粉末冶金、轻合金等研究。 ▍ 主要研究成果中南大学材料学院新能源材料研究团队学术带头人。芙蓉学者特聘教授及成就奖获得者，享受国务院特殊津贴专家，澳大利亚Monash大学工学约翰莫纳士爵士奖章获得者。相关研究成果发表高水平论文100余篇，其中包括国际著名权威学术刊物：EnergyEnvironmental Science, Advanced Energy Materials, Nano Energy, Journal of American Ceramic Society, Journal of European Ceramic Society等。申请专利30余项，获国家科技进步二等奖1项、部级科技进步一等奖1项、省级科技进步二等奖1项。 Email: lsq@csu.edu.cn 主页链接 : http://mse.csu.edu.cn/bk/?id=Liang%20Shuquan 周江 (本文通讯作者) 中南大学特聘教授 ▍ 主要研究领域主要研究方向为水系锌离子电池、锂(钠)离子电池、超级电容器以及催化电极材料等。 ▍ 主要研究成果以一作或通讯作者在Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., ACSNano, Adv. Funct. Mater., ACS Energy Lett., Acta Mater., Nano Energy, EnergyStorage Mater., Adv. Sci.,等国际SCI期刊发表学术论文50余篇。 Email: zhou_jiang@csu.edu.cn 主页链接 : http://mse.csu.edu.cn/bk/?id=zhou-jiang 张文钰中南大学材料科学与工程学院硕士研究生 ▍ 主要研究领域水系锌离子电池正极材料。 Email: zhangwenyu@csu.edu.cn 相关阅读锌离子电池进展 ·往期回顾 👇 1 清华大学徐成俊：揭示水系Zn/MnO2锌离子电池储能新机理 2 NML研究文章｜水系锌离子电池正极材料：混合价态V2O5纳米球关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 5292 次阅读|0 个评论

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