层状磷酸钒（VOPO₄·2H₂O）由于其独特的层状结构和较高的放电平台，被认为是一种很有前途的可充电锌离子电池（ZIBs）正极材料。然而，其缓慢的Zn2+离子扩散动力学、低比容量和较差的电化学稳定性等问题仍然制约了ZIBs的实际应用。

近日，东南大学孙正明教授，胡林峰教授报道了采用溶剂热法合成了一组具有不同层间距（14.8、15.6和16.5 Å）的苯胺（PA）插层的VOPO₄·2H₂O。

文章要点

1）研究发现，在PA-VOPO₄·2H₂O体系中，比容量与d间距呈近似的线性关系，最大层间距（16.5 Å）相在0.1 A·g^-1下的放电容量达到268.2 mAh·g^-1，放电平台为1.3 V，能量密度为328.5 Wh·kg^-1。实验数据和密度泛函理论（DFT）计算都表明，最佳的16.5 Å间距可以促进Zn²⁺离子的快速扩散，其超高扩散系数约为5.7×10^-8 cm^-2.s^-1。

2）此外，PA分子的插层还显著增加了水溶液中的疏水性，抑制了VOPO₄·2H₂O的分解/溶解，并显著改善了VOPO₄·2H₂O在5.0 A·g^-1下2000次循环的稳定性，容量保持率为200 mAh·g^-1。

这项研究为解决Zn²⁺扩散速度慢、循环稳定性差的问题提供了一种可行的解决方案，并对层状磷酸盐用于高性能锌离子电池的层间化学机制有了清晰的认识。

参考文献

L. Hu, Z. Wu, C.Lu, F. Ye, Q. Liu and Z. Sun, Principle in Interlayer-Spacing Regulation of Layered Vanadium Phosphates for Superior Zinc-ion Batteries, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE01158H.

https://doi.org/10.1039/D1EE01158H.