近日，我院先进材料与能源器件组朱前程博士与华中师范大学黄新堂教授和武汉理工大学刘金平教授合作，在水系锌离子电池储能研究方面取得新进展，相关工作“Unlocking the Capacity of Vanadium Oxide by Atomically-Thin Graphene-Analogous V2O5·nH2O in Aqueous Zinc-Ion Batteries”以河北大学为第一单位在线发表在国际高水平期刊《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.202211412），博士生赵丹阳为第一作者，张文明教授、黄新堂教授、朱前程博士和刘金平教授为共同通讯作者。
水系锌离子电池（AZIBs）由于具有低成本、操作安全、环境友好和高容量等优点，被认为是未来新型储能系统的有力竞争者。然而，AZIBs的放电电压普遍较低，获得高容量甚至超高容量的AZIBs是实现高能量密度水系锌离子电池的关键途径。作为AZIBs典型的正极材料，钒基材料具有容量高、稳定性良好的特点，如何进一步释放钒基材料的储能容量潜力极具研究价值。该工作首先通过密度泛函理论计算(DFT)预测了单层氧化钒具有超高的理论锌离子储量（1144 mAh g-1），大约是块体氧化钒（610 mAh g-1）的两倍，源于单层氧化钒相比于块体氧化钒具有超大的表面积暴露，这使其能够在外表面储存更多的锌离子。随后，作者合成了大约3个原子层的氧化钒材料。该原子级厚度的类石墨烯氧化钒（GAVOH）能够实现超过700 mAh g-1的高容量。理论和电化学研究表明该材料储能的动力学行为表现出明显的赝电容行为。进一步研究表明，GAVOH能够和碳纳米管（CNTs）具有很好的相容性，且GAVOH-CNTs复合凝胶可大规模制备，弥补了单独GAVOH稳定性不足的缺陷，在76 W kg-1时提供了476 Wh kg-1的高能量密度；在10.2 mg cm-2的高质量负荷下，仍保留228 Wh kg-1，循环寿命可达3000次以上。该工作为突破钒类材料的容量极限提供了启示。
以上工作得到了河北省自然科学基金项目和河北大学高层次人才引进启动经费的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202211412
