近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組（508組）吳忠?guī)浹芯繂T團隊設(shè)計并制備出具有強耦合效應(yīng)層狀無定形V2O5/石墨烯異質(zhì)結(jié)新材料，實現(xiàn)了對釩基正極材料的有效保護，極大緩解了釩溶解問題，獲得了高安全、低成本、長壽命水系鋅離子電池。
近年來，水系二次鋅離子電池憑借其安全性能高、成本低、環(huán)境友好和鋅儲量豐富等優(yōu)勢，在儲能設(shè)備中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。釩基材料是一種典型的高容量鋅離子電池正極材料，但存在溶解、體積膨脹、電子導(dǎo)電性差等問題，導(dǎo)致器件循環(huán)性能差。因此，亟待開發(fā)長壽命、高容量、高導(dǎo)電的釩基正極材料。
為解決這一難題，該團隊采用二維模板離子吸附策略，將無定形V2O5均勻自組裝在高導(dǎo)電的石墨烯表面，成功獲得了一種層狀V2O5/石墨烯二維異質(zhì)結(jié)新材料。該材料充分結(jié)合了無定形V2O5本征缺陷豐富、離子擴散路徑短和石墨烯導(dǎo)電性高、機械穩(wěn)定性良好的優(yōu)點以及層狀結(jié)構(gòu)的保護作用，緩解了釩溶解問題，實現(xiàn)了高效離子-電子協(xié)同傳輸，該團隊利用該材料構(gòu)建出了超長壽命、高安全的水系鋅離子電池?；跓o定形V2O5和石墨烯的強協(xié)同作用，該電池在0.3 A/g下表現(xiàn)出447 mAh/g的高容量，同時在30 A/g的大電流密度下，循環(huán)20000圈，依然保持83.9%的初始容量。同時，該團隊采用準(zhǔn)原位XPS測試證明了Zn2+的可逆嵌入脫出。此外，該團隊以該異質(zhì)結(jié)為正極、鋅為負(fù)極構(gòu)建了平面化微型鋅離子電池，器件獲得了49 mWh/cm3的高體積能量密度、長壽命以及良好的集成特性，證明了其作為安全性能高、成本低的可穿戴儲能器件的潛力。該工作為發(fā)展高效電子-離子協(xié)同增強的二維異質(zhì)結(jié)材料提供了新策略，為構(gòu)建水系高效微型電化學(xué)能源器件提供了新思路。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《能源存儲材料》（Energy Storage Materials）上。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
