华南理工大学学报(自然科学版)

作者：赵彦明, 廖锦辉

单位：1.华南理工大学 物理与光电学院, 广东 广州 510640；2.华南协同创新研究院, 广东 东莞 523808；3.华南理工大学 广东省新型储能材料重点实验室, 广东 广州 510640

关键词：锌离子电池,正极材料,Na1.25V3O8,铷掺杂,纳米棒

基金：国家自然科学基金资助项目(51672086);广东省自然科学基金资助项目(2017B030308005)

为了探究作为锌离子电池正极的Na1.25V3O8的电化学性能是否还具有进一步提升的空间，文中通过水热-固相法成功合成了纯Na1.25V3O8和铷掺杂Na1.25Rb x V3O8纳米棒。根据XRD谱图可以看出，随着铷含量的增加衍射峰向低角度偏移且没有新的衍射峰生成，表明Na1.25Rb x V3O8样品为纯相且保持空间群为P21/m的结构对称性。这一结果说明铷离子成功进入了Na1.25Rb x V3O8层状化合物的层间。SEM和TEM形貌分析结果显示，随着Rb+掺杂量的增加，纳米棒的形貌变得更大、更厚，会降低材料的比表面积，导致阻抗的增加和Zn2+离子扩散系数的降低，对电化学性能产生不利的影响。EIS和GITT测试结果也证实，Rb+的掺入会使其比容量降低。电化学测试结果显示，虽然未掺杂的Na1.25V3O8纳米棒表现出370 mA·h/g的初始比容量，但随着充放电过程的进行其比容量衰减很快，在电流密度为100 mA/g条件下长循环100圈后的放电比容量衰减了初始容量的50%；而Rb+掺杂的纳米棒尽管比容量有所降低，但其循环稳定性和倍率性能均得到显著提升。其中Rb掺杂量为1%的样品初始比容量为336 mA·h/g，在相同条件下循环100圈后和初始比容量相比只衰减了6%；当Rb掺杂量增加到5%时，尽管初始比容量只有217 mA·h/g，但100圈后放电比容量和初始比容量相比几乎没有衰减。利用XPS能谱和原位XRD技术对其锌离子存储机理进行了深入分析，该水系锌离子电池体系中Na1.25Rb x V3O8正极材料的氧化还原反应机理主要以化学转化反应为主，其中只有充电反应过程是可逆的。

来源：2023年第3期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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