随着社会的发展，对于储能设备的关注逐渐从单纯的容量高低转移到可持续性和环保性。水系锌离子电池因其较高的比容量、良好的安全性、较低的成本以及绿色无污染等因素被认为是一种理想的储能技术。然而传统钒基、锰基正极材料由于较低的电子传导性，充放电过程中严重的体积膨胀以及电极溶解等问题，严重限制了锌离子电池的进一步发展。
为了解决以上问题，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部先进高分子材料团队对钒基正极材料的结构进行了优化设计，采用静电纺丝技术首次合成了一系列V2O3纳米球（实心、核壳、空心）包埋入N掺杂碳纳米纤维复合结构。N掺杂碳纳米纤维不仅提高了电极的电导率和结构稳定性，还提供了封装外层以防止钒氧化物的溶解和颗粒的聚集。同时，通过电子顺磁共振谱等方法证明了该复合电极具有丰富的氧空位，结合第一性原理计算结果，氧空位能够有效降低材料的反应势垒，从而显著提高了Zn2+的反应活性。此外，循环中V2O3和ZnXV2O5- nH2O之间的相变也通过非原位XRD得到了证实。得益于钒氧化物形貌调控以及丰富氧空位的双重作用，所得到的复合材料在纽扣电池中表现出优异的长期循环稳定性和良好的倍率性能，即使组装成柔性水系锌离子电池，复合电极仍然表现出优异的电化学性能，这可能为柔性水系锌离子电池正极材料提供新的设计理念。
图1.钒基正极材料的形貌结构测试结果
图2.钒基正极材料的电化学性能测试结果
上述成果以“Vanadium oxide nanospheres encapsulated in N-doped carbon nanofibers with morphology and defect dual-engineering toward advanced aqueous zinc-ion batteries”为题，近期发表在国际知名期刊《Journal of Energy Chemistry》上，齐鲁工业大学（山东省科学院）材料科学与工程学部研究生宋云飞为文章第一作者，井涞荥老师、李梅教授、张云强副教授为文章通讯作者。
以上工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及济南人才发展专项资金等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2023.10.013
