Исследователи из Университета Циндао успешно синтезировали полые наношары VO@VS с помощью одностадийного гидротермального процесса, создав высокоэффективный катодный материал для цинковых батарей. Эта инновационная гетероструктура значительно улучшает производительность батареи, достигая обратимой емкости 468 мАч/г и сохраняя 85% емкости после 1000 циклов.
Уникальная архитектура наноматериала способствует более быстрому транспорту ионов Zn, повышенной электрохимической стабильности и более длительному сроку службы, предлагая устойчивую и экономически эффективную альтернативу традиционным литий-ионным батареям. Это достижение имеет решающее значение для таких приложений, как электромобили и сетевое хранилище.
Цинковые батареи (ZIB) становятся многообещающей альтернативой литий-ионным батареям благодаря своей безопасности, экономической эффективности и экологической чистоте. Цинк является распространенным, нетоксичным и может работать в водных электролитах, что делает его подходящим для применения в системах хранения энергии крупного масштаба. Производительность ZIB в значительной степени зависит от катодного материала, который имеет решающее значение для емкости, скорости и срока службы.
Диоксид ванадия (VO) является известным катодным материалом для ZIB благодаря своей высокой теоретической емкости и способности к вставке/извлечению ионов цинка. Однако он страдает от низкой электрической проводимости и плохой скорости производительности, что ограничивает его практическое применение. Это исследование решает эти ограничения, комбинируя VO с дисульфидом ванадия (VS), высокопроводящим материалом.
VS имеет слоистую структуру, которая позволяет быструю диффузию ионов цинка и отличную электрическую проводимость. Сочетание VO и VS не только улучшает электронную проводимость и способности ионов Zn, но и усиливает структурную стабильность в течение длительных циклов. Гетерогенная интерфейс VO/VS предоставляет достаточное количество активных сайтов и модулирует электронную структуру, позволяя высокую емкость хранения ионов Zn, характеризующуюся псевдокапацитивным поведением.
Теоретический анализ указывает на то, что VO@VS обладает многообещающими динамиками реакции ионов Zn, что делает его сильным кандидатом для высокоёмких цинковых батарей с потенциальными приложениями в практических системах хранения энергии.
Несмотря на многообещающую электрохимическую производительность полых наношаров VO@VS, необходимы дальнейшие исследования для решения потенциальных проблем. Будущие работы могут сосредоточиться на оптимизации структуры гетероинтерфейса для улучшения диффузии ионов Zn и кинетики передачи заряда, а также на изучении стратегий легирования для повышения структурной стабильности и долговечности циклов. Эти достижения помогут VO@VS стать более жизнеспособным кандидатом для высокопроизводительных водных цинковых батарей.
Это исследование подчеркивает потенциал VO@VS как высокоэффективного и экологически чистого катода для цинковых батарей в приложениях хранения энергии следующего поколения.