ChemSusChem | 木质素磺酸盐衍生碳助力高稳定性钒氧化物正极

广东工业大学木质纤维素团队以廉价的木质素磺酸钠作为碳材料前驱体，并制备了钒氧化物/碳（VO/LSC）的复合材料。以木质素磺酸钠中的钠离子预插层进入层状的钒氧化物，制备了具有高循环稳定性和优良倍率性能的水系锌离子电池钒基正极材料。

锌离子的水合离子半径较大，容易对钒氧化物电极结构造成破坏，导致层状钒氧化物的坍塌，溶解至电解液中，在充放电循环的过程中影响稳定性。另外一方面，由于V₂O₅导电性一般（10^-2–10^-3 S cm^-1），V₂O₅正极的容量和倍率性能在实际应用中受到了很大的限制。以木质素作为碳前驱体将大大降低导电碳材料的成本。有研究发现，在层状的V₂O₅中预插层过渡金属阳离子，能够有效地扩大V₂O₅的层间距，有效提高基于V₂O₅正极电池的循环稳定性。受此启发，作者利用木质素磺酸钠作为碳前驱体，制备VO/LSC复合材料作为水系锌离子电池的正极，能够在提高钒氧化物导电性的同时，进行Na⁺的预插层，提高正极材料的循环稳定性。作者还分析了不同碳加入量对钒基水系锌离子电池电化学性能的影响。VO/LSC正极材料在0.1 A g^-1和4.0 A g^-1的电流密度下，分别具有350 mAh g^-1和140 mAh g^-1的容量。在4.0 A g^-1的电流密度下经过1000次循环后，仍然具有120 mAh g^-1的比容量，具有良好的循环稳定性。作者分别选取了硫酸锌和三氟甲基磺酸锌作为电解质，分析电解液优化对VO/LSC正极的影响。同时作者利用环境中的氧气将低价态的钒氧化物进行氧化，实现具有自充电功能的水系锌离子电池。该工作能为钒基氧化物正极材料的后续研究提供思路和帮助。

论文信息

Sodium Pre-Intercalated Carbon/V2O5 Constructed by Sustainable Sodium Lignosulfonate for Stable Cathodes in Zinc-Ion Batteries: A Comprehensive Study

Junli Chen, Prof. Wenli Zhang, Xiaojun Zhang, Ziyan Li, Jianhui Ma, Lei Zhao, Wenbin Jian, Prof. Suli Chen, Dr. Jian Yin, Prof. Xuliang Lin, Prof. Yanlin Qin, Prof. Xueqing Qiu

文章第一作者为陈俊立，通讯作者为张文礼教授、秦延林教授和邱学青教授

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DOI: 10.1002/cssc.202200732

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