麦立强/安琴友AFM：具有高倍率长寿命的钙离子电池正极

2023年10月14日下午8:40 • 顶刊解读

由于钙的低成本和低氧化还原电位，钙离子电池（CIBs）被认为是大规模储能系统有竞争力的候选者，近年来越来越受到关注。然而，CIBs的发展仍处于起步阶段，并因缺乏高性能正极材料而受到阻碍。

武汉理工大学麦立强、安琴友等报道了具有Ca²⁺柱和V⁵⁺的偏白铁矿层状氧化钒CaV₆O₁₆·2.8H₂O(CVO)，作为CIBs的正极材料。

图1 CVO的结构和表征

得益于大的层间距、柱和水润滑效应，CVO在50°C和室温下的放电容量分别为175.2 mAh g^-1和131.7 mAh g^-1，并在Ca(TFSI)₂/二甘醇二甲醚(G2)具有最高的倍率性能(高达1000 mA g^-1)和超长的循环寿命(1000次循环)。

此外，作者首次组装了以CVO为正极材料，Ca金属为负极的电池，验证了层状钒氧化物在Ca金属电池中的可行性，在该电池中CVO仍可提供 83.4 mAh g^-1的放电容量。

图2 CVO的储钙性能

进一步，这项工作通过原位X射线衍射、原位傅里叶变换红外光谱以及非原位X射线光电子能谱证实CVO的Ca²⁺储存机制为单相嵌入/脱出反应，具有良好的结构稳定性和可逆性。

此外，密度泛函理论计算表明，Ca²⁺倾向于沿b方向扩散，在CVO中具有0.36 eV的低能垒。这项工作将CIBs正极材料的性能提升到了一个更高的水平，对加快CIBs的发展具有重要意义。

图3 CVO的储钙机制

CaV6O16·2.8H2O with Ca2+ Pillar and Water Lubrication as a High-Rate and Long-Life Cathode Material for Ca-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202113030.

麦立强/安琴友AFM：具有高倍率长寿命的钙离子电池正极

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