金屬鎂因其體積容量高（鎂3832 mAh/cm3 vs. 鋰2062 mAh/cm3、鈉1128 mAh/cm3）、地殼儲量豐富及比鋰金屬更安全等特點，被認為是高體積能量密度電池負極的最佳候選之一。目前，開發與之匹配的正極材料是鎂離子電池發展所面臨的瓶頸問題。近年來，V2O5作為一種典型的層狀釩基氧化物，由于具有能量密度高、制備簡單及成本低廉等優勢引起了極大的研究興趣。然而，V2O5的原始層間距較窄（4.37 ?），不利于半徑較大的Mg2+脫嵌，從而導致其在循環過程中電化學性能快速衰減。
近日，江蘇科技大學楊駿博士、常熟理工學院耿洪波教授及華東理工大學張玉研究員等人報道了以商業化層狀V2O5為前驅體,通過簡易的聚苯胺原位插層法制備了V2O5/PANI復合材料。結果表明，經過插層后的 V2O5（001）晶面層間距從原始的4.37 ? 大幅增加到13.57?, 能夠為鎂離子提供快速的擴散通道。
圖1. V2O5/PANI結構表征。(a, b) SEM圖；(c-f) TEM和HRTEM圖；(g-k)元素分析。 作為概念性驗證，本工作以金屬鎂作為負極材料,以該結構為正極材料，并在電解質中同時加入能夠誘導Mg2+脫嵌的Li+后進行電化學測試。結果表明，經PANI插層的V2O5在重復的Mg2+脫嵌過程中表現出十分穩定且高度可逆的電化學性能。在20 mA g-1的電流密度下,可獲得361 mAh g-1的高比容量；并且, 在500 mA g-1的較大電流密度下, 經過500次充放電循環后，電池容量仍能夠保持在103 mAh g-1。本工作對新型二次電池電極材料的開發具有一定的借鑒意義。 圖2. (a) V2O5/PANI在0.1 mV s -1的掃速下, 電壓范圍在0.5 -2.0 V的循環伏安曲線；(b)恒電流充放電曲線；(c)倍率性能；(d)不同電解質的循環性能對比；(e)在不同電流密度100 mA g-1和500 mA g-1的循環性能。 論文信息 In-Situ Lattice Tunnel Intercalation of Vanadium Pentoxide for Improving Long-Term Performance of Rechargeable Magnesium Batteries Dr. Jun Yang, Dr. Xiaowei Miao, Chenrui Zhang, Jihui Zheng, Dr. Chencheng Sun, Prof. Yu Zhang, Prof. Hongbo Geng 文章第一作者為江蘇科技大學教師楊駿。 ChemNanoMat DOI: 10.1002/cnma.202200025
