通过层间掺杂策略调节层状氧化钒的电子结构，以实现卓越的高速率和低温锌离子电池

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大以及循环寿命长等优点，已经被广泛应用于各种便携式电子设备以及电动汽车等领域。然而，锂资源的稀缺性以及成本问题制约了锂离子电池在大规模储能系统中的应用。相对于锂而言，锌元素在地壳中的分布广泛、储量丰富，使得锌离子电池具有明显的资源优势以及价格优势。然而，带有多价态电子的锌离子在正极材料中嵌脱缓慢，动力学性能较差，严重影响了电池的比容量、循环稳定性和倍率性能。因此，仍需开发新型高性能正极材料。

鉴于此，广东工业大学的李成超教授团队利用层间锰离子与水分子掺杂来协同提高五氧化二钒正极材料的锌离子传输动力学，并研究了其作为锌离子电池正极材料的电化学储锌性能和机理。结果表明，合成的Mn0.15V2O5·nH2O表现出优异的锌储存性能，其可逆容量高达367 mAh g-1（0.1 A g-1）。在10和20 A g-1的大电流密度下循环8000圈后，其比容量仍能保持在153和122 mAh g-1。即使在-20 oC的低温下，电流密度为2.0 A g-1时，循环2000圈，比容量可以稳定在100 mAh g-1。该材料优异的电化学主要归根于其层间掺杂锰离子与水分子的协同作用，不仅提高了电极材料电子导电性，而且有效增强了锌离子嵌入脱出动力学。并且由于离子柱撑作用以及局域电荷相互作用，该电极材料在循环过程中的结构稳定性得以大幅提升。该工作借助非原位XRD、TEM等表征技术，对Mn0.15V2O5·nH2O电极材料的物相结构、微观形貌在充放电过程中的变化进行了深入研究，揭示了其电化学储锌机理，为高倍率、长循环性能锌离子电池正极材料的设计合成提供了依据。相关论文“Electronic Structure Regulation of Layered Vanadium Oxide via Interlayer Doping Strategy toward Superior High-Rate and Low-Temperature Zinc-Ion Batteries”在线发表在Advanced Functional Materials上（DOI: 10.1002/adfm.201907684）。

祥鹄仪器在文献中的使用过程:

材料准备。在一个典型的过程中，0.364克V 2O5被溶解在40毫升的去离子水中，然后在搅拌0.082Mn（CH3COO）2-4H2O 然后在搅拌下加入上述橙色溶液中。搅拌10分钟后，将5mL H 2 O2灌入上述浆液中，然后，在室温下再磁力搅拌30分钟。之后混合后的溶液被转移到一个100毫升的高压锅中，并置于微波水热合成仪（XH-800G）中，并在200℃下保持3小时。最后，Mn 0.15V2O5-nH2O被蒸馏水和乙醇洗涤数次。V 2O5-nH2O是通过类似的方法合成的。不添加锰源。材料表征。SEM(Hitach, Model SU8220) 和 TEM (FEI, Model Talos F200S)用于研究其形态，XRD 图案是在Bruke D8上用CuKα辐射源记录的。TGA在氮气环境下，用热重分析仪（STA409PC）获得TGA数据。(STA409PC)。XPS分析是在X射线光电子分光光度计（Thermo）上进行的。分光光度计（Thermo Fisher-Escalab 250Xi）上进行，使用单色的Al-KαX射线源（激发能量=1486 eV）。元素的含量 用ICP-OES光谱仪（SPECTRO BLUE SOP）测定。红外线光谱在Nicolet 6700 FTIR光谱仪上记录。电化学测量。工作电极的制备方法是，将活性材料（70wt%）、超级P（20wt%）和聚偏二氟乙烯（PVDF，10wt%）混合制备。氟化物（PVDF，10wt%）在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中混合，形成一个均匀的浆液。然后，该浆液被涂在不锈钢网上，然后在50℃下真空干燥约12小时，并在10MPa下压缩。活性材料的质量负荷 钮扣电池在空气中组装，使用金属锌作为阳极，并使用1毫升 Zn(ClO 4)2在碳酸丙烯酯（PC）中作为电解质。作为电解质。这些电池的电化学性能是在0.2-1.7V的电压范围内对Zn/Zn2+进行了测试。用NEWARE多通道电池测试系统对这些电池的电化学性能进行了测试。100千赫兹至10兆赫兹的电化学阻抗光谱法和环 伏安法是用GAMRY工作站进行的。