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(a)Na2V6O16·3H2O前驱的PXRD图谱;
(b)NVO纳米氧化棒的高分辨SEM图像;
(c)Na2V6O16·xH2O的高分辨晶格条纹相;
(d)Na2V6O16·xH2O的晶体结构(插入图是平行于c轴,低分辨TEM图像)。
图2 NVO负极材料的CV和循环图
(a)NVO负极材料的CV图像;
(b)不同电流密度下,电池的充放电曲线;
(c)电池的500圈的循环性能。
图3 NVO负极材料的倍率和循环性能图
(a)不同电流密度下,NVO负极材料的倍率性能图;
(b)不同电流密度下,NVO负极材料的循环性能图。
图4 原位充放电过程中的XRD图谱
(a)在300 mAg-1的电流密度下,电池的循环充放电图;
(b,c,d)充放电中,不同衍射角区间的原位XRD图。
图5 首次充放电后,负极材料的XRD和TEM图像
(a)NVO负极材料充放电后的非原位XRD图谱;
(i)首圈放电后,非原位的低分辨TEM图像;
(ii)是(i)的放大图;
(iii)首次充电后,非原位的低分辨TEM图像;
(iv)是(iii)的放大图。
图6 首次充放电后的XPS图及其负极材料的Ragone曲线
(a)首次放电到0.4 V 和充电到1.4 V后,V 2p和Zn 2p的非原位XPS图;
(b)锌电池不同负极材料的Ragone曲线。
【小结】
本文发现了层状Na2V6O16˙3H2O材料,作为锌锂电池的负极材料,具有优异的稳定性。在40 C的电流密度下,循环1000圈后,其可逆容量仍达到128 mAh˙g-1。在比功率密度为15.8 KW˙kg-1时,其比能量密度为90 Wh˙kg-1。本文结合原位和非原位的结构分析,发现这种负极材料的具有高比能量的储能机制。本文为水系二次电池的研究,打开了新的视野。其中锌为正极,水系ZnSO4电解液,不需要活性炭(石墨烯、氧化石墨烯)支撑,对于下一代大范围储能设备的应用,这种组装方式具有对环境友好、成本较低和负极材料特别稳定的特点。
文献链接:Na2V6O16˙3H2O Barnesite Nanorod: An Open Door to Display a Stable and High Energy for Aqueous Regeable Zn-Ion Batteries as Cathodes(Nano Letters, 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05403)。
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