Team presenteert VO₂@VS₂ eenstaps hydrothermische synthese voor stabiele en zeer efficiënte Zn-ionenopslag

Onderzoekers van de Universiteit van Qingdao hebben VO gesynthetiseerd₂@VS₂ holle nanosferen met behulp van een hydrothermisch proces in één stap, waardoor een zeer efficiënt kathodemateriaal voor zinkionbatterijen ontstaat. Deze krachtige heterostructuur verbetert de batterijprestaties aanzienlijk en levert een omkeerbare capaciteit van 468 mAh g⁻¹ en het behoud van 85% retentie na 1.000 cycli.

De unieke architectuur van het nanomateriaal maakt sneller Zn-ion transport, verbeterde elektrochemische stabiliteit en langere cycluslevensduur mogelijk, wat een duurzaam en kosteneffectief alternatief biedt voor traditionele lithium-ionbatterijen. Deze vooruitgang baant de weg voor efficiëntere, veiligere en milieuvriendelijkere energieopslagsystemen die cruciaal zijn voor toepassingen zoals elektrische voertuigen en netopslag.

Het werk is gepubliceerd in het dagboek Materialen futures.

Zink-ionbatterijen (ZIB’s) zijn een veelbelovend alternatief voor lithium-ionbatterijen in geavanceerde energieopslagsystemen vanwege hun veiligheid, kosten en milieuvriendelijkheid. Voor grootschalige energieopslagtoepassingen zoals elektrische voertuigen en netopslag is zink overvloedig aanwezig, niet-toxisch en kan het werken in waterige elektrolyten. Het kathodemateriaal heeft echter grote invloed op de capaciteit, het snelheidsvermogen en de cycluslevensduur van ZIB’s.

Vanadiumdioxide (VO2)₂) is een populair ZIB-kathodemateriaal vanwege zijn hoge theoretische capaciteit en zinkioneninsertie/-extractie. Echter, VO₂ lijdt aan een lage elektrische geleidbaarheid en een slechte prestatiegraad, waardoor de praktische toepassing in batterijen met hoge prestaties wordt beperkt. Deze beperking kan worden overwonnen door VO te kammen₂ met sterk geleidende materialen zoals vanadiumdisulfide (VS₂).

VS₂ biedt verschillende voordelen, waaronder een gelaagde structuur met brede tussenlaagafstand, wat snelle zinkiondiffusie mogelijk maakt en uitstekende elektrische geleidbaarheid. De combinatie van VO₂ en VS₂ verbetert niet alleen de elektronische geleidbaarheid en de Zn-ion insertie/extractie mogelijkheden, maar verbetert ook de structurele stabiliteit tijdens lange termijn cyclering. De heterogene VO₂/VS₂ interface biedt voldoende actieve plaatsen en moduleert de elektronische structuur, waardoor een hoge opslagcapaciteit voor Zn-ionen mogelijk is, gedomineerd door pseudocapaciteitsgedrag.

Theoretische analyse onderstreept de veelbelovende Zn-ionreactiedynamiek van VO₂@VS₂wat het een sterke kandidaat maakt voor Zn-ionbatterijen met hoge capaciteit en potentiële toepassingen in praktische energieopslagsystemen.

Ondanks de veelbelovende elektrochemische prestaties van VO₂@VS₂ holle nanosferen, verdere verbeteringen zijn nodig om mogelijke uitdagingen aan te pakken. Eén richting is om de heterointerfacestructuur te optimaliseren om de Zn-iondiffusie en ladingsoverdrachtkinetiek te verbeteren. Daarnaast kunnen dopingstrategieën worden onderzocht om de structurele stabiliteit en cyclusduurzaamheid van het materiaal te verbeteren. Deze ontwikkelingen zullen de weg vrijmaken voor VO₂@VS₂ om een ​​meer haalbare kandidaat te worden voor hoogwaardige waterige Zn-ionbatterijen.

Door een hydrothermische synthese in één stap te combineren met gedetailleerde elektrochemische analyse, VO₂@VS₂ holle nanosferen kwamen naar voren als uiterst veelbelovende kathodematerialen voor Zn-ionbatterijen. Deze studie biedt een veelzijdige interfaciale heterostructuurstrategie die ladingsoverdracht, Zn-ionopslag en cyclusstabiliteit aanzienlijk kan verbeteren. Dit onderzoek vat het potentieel van VO samen₂@VS₂ als een hoogwaardige, milieuvriendelijke kathode voor Zn-ionbatterijen in energieopslagtoepassingen van de volgende generatie.