《Applied Materials Today》：Porous carbon coated zinc vanadate composite by molten salt etching for positive electrode material in aqueous zinc ion batteries
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水系锌离子电池正极材料中钒基化合物通过碳涂层和锌离子预插层协同策略提升导电性与结构稳定性，采用熔盐法合成ZnVO@C-0.05材料在5.0 A/g电流密度下循环2000次仍保持139.6 mAh/g容量。
周万山|孔阳凡|姚文丽|张方聪|西多罗夫·德米特罗|李晓成
江西理工大学材料科学与工程学院，江西省动力电池与储能材料重点实验室，赣州341000，中国
引言
随着环境危机的日益严重和碳峰的形成，传统化石燃料迫切需要转变为新兴能源[1]。由于水系锌离子电池（AZIB）具有绿色、低成本和安全的特性，其研发受到了广泛关注[2]。然而，仍存在一些关键挑战，包括许多正极材料本身的导电性较差、Zn2+与基底晶格之间的强静电相互作用、循环过程中的体积变形、结构崩塌以及正极材料的溶解，这些因素共同减缓了Zn2+的插入/提取动力学[3]。因此，提高正极材料的导电性并建立稳定的材料结构体系有助于实现更高的容量和更稳定的循环性能。
在AZIB正极材料的研究中，应用了多种材料，主要包括钒基化合物、锰基化合物和普鲁士蓝类似物[[4], [5], [6], [7], [8]]。其中，作为AZIB正极材料的钒基化合物具有多样的价态和结构，使其成为一种有前景的水系锌离子正极材料[9]。目前，阳离子预插层和碳涂层被广泛采用作为提高钒基化合物电化学性能的有效策略。预插入的阳离子作为结构支柱，稳定基底框架的同时扩大层间距，从而促进离子扩散。同时，碳涂层主要旨在改善电子导电性，以解决这些材料本身的绝缘性问题[10]。例如，刘等人通过微波水热法制备了Zn2+预插层的双层V2O5（ZVO），在2 A/g电流下经过500次循环后仍保持189 mAh/g的容量[7]。同样，顾等人通过化学气相沉积合成了氧化碳包覆的VO2纳米带（VO2@C），在2 A/g电流下经过2000次循环后仍保持254 mAh/g的容量[11]。然而，这些改性方法往往无法同时解决低电子导电性和由于反复Zn2+插层/脱层导致的整体结构不稳定性问题，尤其是在高电流密度下。由于二价Zn2+离子与基底晶格之间的强静电相互作用，通常会导致离子扩散动力学缓慢和结构不可逆的降解，如显著的体积变化和活性物质的溶解，最终导致容量迅速衰减。因此，开发兼具高电子导电性和坚固结构框架的正极材料对于实现AZIB的高容量和长期循环稳定性至关重要。
为同时解决导电性差、Zn2?扩散缓慢和结构崩塌的问题，我们提出了一种结合碳涂层和锌离子预插层层的协同策略。在这项工作中，我们利用碳改性和离子插层方法的简便性和有效性来应对正极材料导电性差、Zn2+插入/提取困难以及结构崩塌的问题[12,13]。导电碳基质旨在增强电子传输，而预插层的Zn2+离子则作为支柱稳定基底结构，并可能扩大层间距以促进离子扩散。所得到的ZnVO@C-0.05材料在5.0 A/g电流下经过2000次循环后仍保持139.6 mAh/g的比容量，与大多数报道的基于VO2的正极相比，循环稳定性显著提高。
材料合成
材料合成
所有使用的试剂均为分析级，无需进一步纯化，合成过程中使用二次蒸馏水。ZnVO@C材料的合成示意图如图1所示。将0.15 g NH4VO3和不同量的（0.03 g、0.05 g和0.07 g）聚乙烯吡咯烷酮（PVP10）加入三个装有30 mL去离子水的烧杯中，形成三种混合溶液。相应的混合溶液经过搅拌后完全溶解
结果与讨论
四种粉末材料的相结构通过X射线衍射（XRD）进行了表征。在图2a中，虽然原始材料的衍射峰较为无序，但ZnVO@C复合材料的相应峰可以归因于Zn2VO4立方相（JCPDS，No. 04–002–3045）。引入ZnCl2熔盐系统后，峰位发生了部分偏移，表明发生了Zn2+的插层而非掺杂。拉曼光谱证实了碳的存在
结论
总之，我们采用碳改性和离子插层策略解决了VO2导电性差和结构不稳定的问题，并通过简单的熔盐方法合成了相关材料。碳层材料不仅提高了导电性，还有效缓解了循环过程中的体积膨胀。介孔结构缩短了离子扩散路径长度，从而促进了Zn2+的脱层。预插层的Zn2+起到支柱作用
CRediT作者贡献声明
周万山：撰写——初稿、验证、方法论、研究、数据管理。孔阳凡：撰写——初稿、研究、数据管理。姚文丽：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资金获取、正式分析。张方聪：撰写——审阅与编辑、验证、监督、研究、正式分析、概念构思。西多罗夫·德米特罗：方法论、研究。李晓成：资金获取。
