陈文昊 武目选 颉雨佳 朱裔荣

湖南工业大学材料与先进制造学院 湖南 株洲 412007

1 研究背景

为解决过度使用化石燃料造成的环境问题和能源危机，人们开始使用可再生能源，如太阳能、风能等[1-3]。然而， 太阳能和风能受气候、纬度位置、地形等自然条件的限制，不是定期可靠和恒定的。为了有效地利用可再生能源，开发具有高比能、大功率密度和良好的循环稳定性等特点的大规模电能存储系统迫在眉睫[4-5]。

锂离子电池作为传统储能装置具有高比能的优势，但面临安全性低、锂储量低、成本高等问题[6-9]。在寻找新的储能装置过程中，与Li电化学性质相近的Al、Mg、Zn进入了人们视野[10-12]。Zn元素在地球储量丰富，可用于水系电解液二次电池。以Zn为负极的锌离子电池的理论比容量高达820 mA·h/g。其具有以下优势：1）相对标准氢电极，Zn的氧化还原电位较低（-0.76 V），有利于提高工作电压窗口范围和能量密度；2）Zn的析氢过电位较高，因而Zn在水溶液中的电化学性质稳定；3）Zn在氧化还原反应过程中能转移2个电子，相比锂离子电池、钠离子电池具有更高的能量密度[13-14]。尽管如此，锌离子电池的进一步发展仍受制于锌离子电池正极有限的比容量和较差的倍率性能[13,15]。

钒在地壳中储量丰富，具有成本低、多种氧化价态以及安全性高等特点，因而钒基化合物成为了锌离子电池正极材料的研究热点[16-19]。五氧化二钒（V2O5）具有层状结构，适合锌离子的嵌入和脱嵌，但V2O5的电化学活性位点有限以及电导率较低，导致其能量密度较低和倍率性能较差。……