VO2(B)@碳纤维片材作为水性锌离子电池的无粘合剂柔性阴极

随着对未来可变形和可穿戴设备需求的增加，柔性水性锌离子电池被认为有望成为一种柔性电子电源。作为LIBs的替代品，已考虑使用水性可充电金属离子电池（如Mg²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺和Al²⁺）。由于使用了安全的水基电解质，可充电水性锌离子电池（ZIBs）的组装环境良好。因此，做出了重大努力来设计柔性ZIB的阴极，其能够使电池保持高容量和长寿命。

在Xiaofan Li等人的研究^[1]中，通过一锅溶剂热法成功合成了一种质量负载量为4.5 mg cm^-2的无粘结剂正极材料。

图1 VO₂(B)@CFS纳米片阵列形成示意图[1]

图1显示了电极材料VO₂(B)@CFS纳米片阵列的合成过程。CFS具有高导电性、优异的结构柔性和优异的机械性能，被用作柔性集电器。VO₂(B)通过简单的水热法直接在CFS上生长。实验部分提供了详细信息。VO₂(B)纳米片均匀地涂覆在每个碳纤维上。宏观上看，柔性电极（CFS）中活性物质含量高，分布均匀，电极具有优异的机械性能。

图2 电化学性能[1]

工作中评价了使用1M ZnSO4作为电解质的VO₂(B)@CFS和纯VO₂(B)阴极的电化学性能。图2a显示的CV曲线CFS@ VO₂(B)电极在0.2 mV s⁻¹，电位范围为0.2–1.2 V。在前三个循环中，观察到两对氧化-还原峰（分别在0.688/0.573 V和0.592/0.424 V），在0.996 V处观察到一个额外的氧化峰，可能与Zn²⁺在VO₂(B)@CFS。图2c显示，不同电流密度下的充电和放电曲线显示出相似的形状，小的极化表明良好的电荷转移能力（良好的电荷迁移动力学）。19放电过程显示出0.35至0.6V之间的平坦区域，这与Zn²⁺逐渐插入VO₂晶体有关。在0.6–0.8 V的电荷曲线中，观察到对应于从阴极中去除Zn²⁺的平坦区域。

通过使用VO₂(B)@CFS（碳纤维片）纳米片阵列作为锌离子电池的正极材料，VO₂(B)@CFS纳米颗粒阵列在0.2 a g^-1下的比放电容量达到386.2 mA h g^-1，100次循环后的容量保持率为88.6%；优异的电化学性能主要归因于CFS支撑的纳米芯片阵列结构所提供的快速离子或电子转移。此外，将使用具有成本效益的ZnSO₄电解质的VO₂(B)@CFS的电化学性能与使用Zn(CF₃O₃)₂电解质的电化学性能进行了比较。

此外，两个组装的3 cm×1 cm Zn/ VO₂(B) @CFS柔性电池串联连接，可以在不熄灭的情况下为小型发光二极管（LED）供电长达150小时，为水性锌离子电池中的柔性阴极提供了合适的设计。这种优异的阴极材料是大功率柔性水性锌离子电池的理想材料。

[1] CrystEngComm, 2021, 23, 8650.

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