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一、文章概述

開發無鋅金屬負極材料是解決嚴重阻礙鋅離子電池發展的鋅金屬枝晶問題的有效策略。然而，鋅無金屬負極材料的研究還處于起步階段，更重要的是，低能量密度嚴重限制了其實際應用。文章提出并研究了一種新型的(NH4)2V10O25·8H2O@Ti3C2Tx (NHVO@Ti3C2Tx)薄膜陽極，用于構造搖椅式ZIB。NHVO@Ti3C2Tx電極容量為514.7mAhg−1，在0.1Ag−1時低電位為0.59V（vs Zn2+/Zn）。Ti3C2Tx的引入不僅提供了互連的導電網絡，而且穩定了NHVO納米帶結構，使其具有較長的循環壽命(在5.0 A g−1循環6000次后保持84.2%)。作為概念驗證，一種不含鋅金屬的全電池被成功演示，與所有報道的含水搖椅ZIBs相比，該電池的最高容量為131.7 mAhg−1(含陽極和陰極質量)，能量密度為97.1Whkg−1。此外，獲得了6000次循環的長周期，容量保持率高達92.1%，令人印象深刻。這項工作預計將為“搖椅”ZIBs的V型材料提供新的動力。

二、圖文導讀

圖1所示.a) NHVO@Ti3C2Tx電極制備工藝示意圖。b) SEM, c) TEM, d) HRTEM(插圖顯示NHVO的SAED)。e) NHVO納米帶的AFM圖像。(插圖顯示了沿著e. f . g .線的相應厚度輪廓)分層Ti3C2Tx納米片的TEM圖像。

圖2.a) NHVO@Ti3C2Tx混合膜表面的SEM圖像。b、c) NHVO@Ti3C2Tx混合膜的橫截面SEM圖像。d) x射線衍射模式。e)拉曼光譜。NHVO譜顯示出預期的信號，包含釩鍵VO(938和1006 cm- 1)、VO V (686 cm- 1)和VO (508 cm 1)的伸縮振動峰。Ti3C2Tx光譜,Tx地區約330-470cm−1和C地區550和750cm−1主要代表組織表面振動和碳振動,分別和兩個截然不同的感染高峰大約202和720cm−1是A1g(鈦、O、C)和A1g (C),分別。f) NHVO@Ti3C2Tx雜化膜的V 2p、Ti 2p XPS譜。g) NHVO@Ti3C2Tx的元素映射。h) NHVO@Ti3C2Tx的光學柔韌性圖像。

圖3.NHVO@Ti3C2Tx電極的電化學動力學分析。a) NHVO@Ti3C2Tx的各種CV曲線。b)每個氧化還原峰的對數(i)與對數(v)圖。c)電容控制和擴散控制的貢獻比。d) CV剖面顯示電容對總電流的貢獻(粉色區域)在0.2 mV s 1。e) GITT在0.1 A處彎曲。f) Zn2+擴散系數(DZn)。

圖4.NHVO@Ti3C2Tx電極反應機理的研究。a)第三個循環在0.1 a g1時的GCD剖面和b)選定狀態下的非原位XRD譜圖。c e) Zn 2p、V 2p和O 1s的高分辨率XPS譜。f) NHVO@Ti3C2Tx電極形態發育的SEM圖像。g) Zn2+離子的存儲機理圖。

圖5.NHVO@Ti3C2Tx//ZnMn2O4全電池的電化學性能。a) NHVO@Ti3C2Tx//ZnMn2O4滿電示意圖。b) NHVO@Ti3C2Tx陽極和ZnMn2O4陰極在0.1 A g 1下的GCD曲線。c)率的性能。d) NHVO@Ti3C2Tx//ZnMn2O4電池的GCD曲線(基于陽極質量)。e) NHVO@Ti3C2Tx//ZnMn2O4電池(以陽極和陰極質量為基準)在0.1 A g 1下的GCD曲線。f)一些報道的搖椅式鋅離子滿電池的能量密度比較。g) NHVO@Ti3C2Tx//ZnMn2O4全電池在2.0 A g下的循環性能。

三、全文總結

綜上所述，作者首次合成了一種新型的NHVO@Ti3C2Tx雜化薄膜材料，并對其進行了研究。制備的NHVO納米帶具有良好的分散性，具有超薄的形貌特征，僅在14 nm左右。當與2D Ti3C2Tx納米片結合時，獲得了柔性NHVO@Ti3C2Tx混合膜電極，并表現出快速的離子和電子傳輸。由于NHVO的晶體結構和Ti3C2Tx納米片的輔助，NHVO@Ti3C2Tx混合膜電極可以提供高達514.7 mAh g 1的高容量，更重要的是，可以在5.0 A g 1下進行6000次循環，保留率為84.2%。此外，我們通過配對 NHVO@Ti3C2Tx 作為陽極和 ZnMn2O4 作為陰極來驗證高性能“搖椅”鋅離子全電池，其提供的最高比容量為 131.7 mAh g-1（基于總質量）和 與所有報道的水性“搖椅”鋅離子全電池相比，最大能量密度為 97.1 Wh kg-1。值得注意的是，在2.0 A g 1下循環6000次后，充滿電的電池顯示出92.1%的高容量保留率。因此，這項工作將為在儲能應用中用于水性鋅的高密度鋅無金屬陽極材料的探索提供新的見解。

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