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a)N3VPF@C的XRD图谱;插图为N3VPF@C的SEM图;
b)CFF-Zn//N3VPF@C电池的CV曲线;
c)CFF-Zn//N3VPF@C电池的充放电曲线;
d)CFF-Zn//N3VPF@C电池结构和机理示意图;
图2 电池电化学性能表征
a)CFF-Zn//N3VPF@C电池的倍率容量性能;
b)CFF-Zn//N3VPF@C电池的不同倍率下的充放电曲线;
c)CFF-Zn//N3VPF@C电池在200mA/g电流密度下循环性能;
d)Zn//N3VPF@C电池在200mA/g电流密度下循环性能;
e)CFF-Zn//N3VPF@C电池在1000mA/g电流密度下循环性能;
图3 Zn 和CFF-Zn形貌表征
a)原始Zn的SEM照片;
b)循环后Zn的SEM照片;
c)原始CFF-Zn的SEM照片;
d)循环后CFF-Zn的SEM照片;
图4 循环前后N3VPF@C电极的表面结构变化
a)不同充放电状态下Zn2p的XPS图谱;
b)不同充放电状态下V2p的XPS图谱;
c)不同充放电状态下C1s的XPS图谱;
d)不同充放电状态下F1s的XPS图谱;
图5 N3VPF@C电极不同充放电状态下的结构变化
图6 CFF-Zn//N3VPF@C软包电池的性能
a-e) CFF-Zn//N3VPF@C软包电池的数码照片;
f) CFF-Zn//N3VPF@C软包电池的循环性能;
【小结】
该研究展示了一种新型的锌离子电池正极材料和抑制锌枝晶的方法,并构建了高电压、长寿命的“摇椅型”CFF-Zn// N3VPF@C水系锌离子电池。发现,N3VPF@C正极材料的稳定性主要来源于其高度可逆的V3+ ↔ V4+电对、正极表面形成的SEI膜和正极忽略不计的体积变化(0.22%)。而Zn负极通过简单的碳膜修饰,可以有效抑制锌枝晶的生成。该研究结果和策略,有望为水系锌基电池提供新的思路和方法。
文献:A long-life aqueous Zn-ion battery based on Na3V2(PO4)2F3 cathode (Energy Storage Mater., 2018,DOI:10.1016/j.ensm.2018.03.003)
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