钒基材料作为电极材料的展开与水性铝离子电池（AAIBs）的需求相符合，这归功于其多价态储能才能与高质量容量密度的优势。但是，钒基材料安稳性差、阻抗高级缺陷限制了其使用展开。(NH4)2·8H10O/Ti25本文所述的纳米带状材料通过与Ti复合后，将电荷转移阻抗下降至原值的1/10（4877.70 Ω-446.07 Ω），循环安稳性进步3.6倍。2（在1.0 A/g电流密度下循环110次后容量坚持268.7 mAh/g）。非原位表征结果标明，储能机制是通过与生成的新相（Al3·30H2O）产生转化反应完成的，并在xMXene3在该结构中，这种转化过程可以安稳进行而无需溶解。此外，通过密度泛函理论（DFT）验证了MXene的引进对电荷转移和离子涣散的改进作用。本研讨为钒基材料作为AAIBs正极材料的使用供应了新思路。2Tx (268.7 mAh/g at 1.0 A/g after 110 cycles). Ex-situ characterization results indicate that energy storage is achieved through a transformation with the generated new phase (Al12V8O37·30H2O), and with the support of the MXene framework, this transformation can take place stably without dissolution. In addition, the improvement in charge transfer and ion diffusion due to the introduction of MXene is verified by DFT. This work provides new ideas for the application of vanadium-based materials as cathode materials for AAIBs.

图文摘要

水性铝离子电池(AAIBs)凭仗其高容量、低组装条件要求及环境友好性等与锂离子电池相媲美的固有优势[1][2][3][4][5][6]，正敏捷成为新一代极具远景的电化学储能器件之一。正极材料的选择是决议AAIBs功用的关键因素。目前常用的正极材料首要包含锰氧化物[7]、钒氧化物[8]及有机材料[9]等。在上述资猜中，钒氧化物因其多价态储能转换特性、高能量密度及易合成性而备受注重[10][11]。但是，钒氧化物研讨的展开仍受多重因素限制。例如，钒氧化物的多价态特性会导致副反应数量添加，致使其容量潜力无法得到充分利用[12]。钒基材料缺少安稳的结构结构，使其在电化学过程中易受正极材料损坏影响，然后下降循环安稳性[13][14]。此外，钒基材料还存在离子涣散速率较慢的问题，难以展现志向的容量功用。因此，亟需处理钒基材料的上述缺陷。
The (NH4)2·8H10O (NHVO) [15], [16] 具有优异的容量特性，但其一同的纳米带结构使其在电化学过程中难以坚持安稳性。缺少结构支撑导致了上述情况。研讨标明，反应离子迁移率的下降或许源于能带结构中静电力效应的影响。这一原因成为阻碍该材料更广泛使用的首要阻碍。为优化NHVO的功用，本文提出两种有用战略：榜首种方法是拓展离子通道。例如，金属离子（Na25Li2) [17,18]及结构水被使用于该材料，但这些高原子量金属离子对活性离子的储能容量无任何进步作用[19]。该方法的本质是对材料进行复合。2011年，一种新型二维材料MXene被证明具有与石墨烯相媲美的结构，这一发现敏捷引发了广泛注重[20]。MXene固有的高比表面积和丰富活性位点，为进步正极材料功用拓荒了新途径[20-24]。在Liu的研讨中，钒的溶解+在电化学过程中，V的溶解现象通过范德华自组装方法得到克制+与MXene的结合显著进步了活性离子存储功用，一同循环安稳性和功率也得到增强[25]。V的溶解问题2得以防止。此外，MXene与V之间的异质界面5可以改进研讨目标的电化学动力学功用[26][27]。可以观察到NHVO和V2面临着类似的应战，这标明可采用类似战略来处理该问题。5 and MXene, which largely improved the active ion storage performance, and the cycling stability and efficiency were enhanced [25]. The dissolution of V2O5 was avoided. In addition, the heterogeneous interface between MXene and V2O5 can improve the electrochemical kinetics of the subject [26], [27]. It can be observed that both NHVO and V2O5 are confronted with analogous challenges, which indicates that analogous strategies may be employed to address this issue.
本研讨通过范德华自组装法制备了NHVO和Ti3，并最大程度保留了NHVO的高容量特性。具有高导电性的Ti2的引进，显著进步了NHVO的导电功用，一同防止了因Al频频嵌入/脱出行为导致的阴极材料结构崩塌。x，进步了安稳性体现，使NHVO材料展现出优异的倍率功用——在1 A/g电流密度下循环110次后仍坚持268.7 mAh/g的最终容量。该研讨为处理钒基材料安稳性差与多性向功用不足的问题供应了新思路，一同推动了范德华自组装技术在电化学范畴的使用。3C2Tx, which has high electrical conductivity, greatly improves the electrical conductivity of NHVO. It also avoids the structural collapse of the cathode material caused by the frequent intercalation/extraction behavior of Al3+, improves the stability performance, and gives NHVO excellent rate performance, which results in the material exhibiting excellent performance of 110 cycles at 1 A/g, and final capacity at 268.7 mAh/g. This study provides new ideas to solve the low stability and low multiplicity performance of vanadium-based materials. It also promotes the application of van der Waals self-assembly in electrochemistry.

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