中科大研发出新型水系锌离子电池，充电仅需18秒
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- 2025-08-04 18:10:54
感谢网友“肖战割割”的线索投递！4月11日消息，从中国科学技术大学国家同步辐射实验室官网获悉，该实验室宋礼教授团队在研究插层型锌离子电池正极材料时，通过同步辐射谱学表征，提出了插层剂诱导Vt2g轨道占据的概念，并成功开发了能够快速充电的铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料。这一成果已发表在国际学术期刊《美国科学院院刊》上。
水系锌离子电池（ZIBs）因其安全、无毒和高理论容量等优点，被认为是极具潜力的可持续储能技术之一。在众多ZIBs电极材料中，层状钒氧化物因其晶体结构可调和高容量等特点，成为当前研究的热点正极材料。通过离子或分子预插层策略，可以有效解决正极材料晶格空间不足和电子传导性低等问题，进而提升电池性能。然而，目前关于插层型正极材料的研究多关注于层间空间膨胀对容量的贡献。因此，发展先进的原位表征技术，深入理解由插层剂引起的电极材料内在结构变化，对高性能正极材料的设计和开发至关重要。
本研究利用同步辐射光源的综合性实验平台优势，结合多种原位与非原位同步辐射谱学实验技术，深入揭示了铵根离子（NH4+）插层后，V2O5中V 3dt2g轨道占据的变化及其在充放电过程中的可逆演变规律。研究发现，NH4+插层在很大程度上诱发了V-O键的结构畸变，进一步导致电子结构的重排，促使Vt2g轨道中3dxy空态的占据。这种Vt2g轨道占据显著提高了材料的电导率，结合NH4+插层后拓宽的层间距，从而显著加速了锌离子（Zn2+）的转移，实现了锌离子电池的超高倍率性能。测试结果显示，在电流密度为200C时，铵根插层五氧化二钒（NH4+-V2O5）正极材料的比容量仍维持在101.0mA h g-1，且充电时间仅需18秒。这一工作不仅为插层型V2O5材料中Zn2+储能机制的理解提供了依据，而且为高性能锌离子电池在快充储能器件中的应用奠定了基础。
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