水系鎳離子電池研究獲進展

近日，華南理工大學物理與光電學院科研團隊首次報道了層狀釩基氧化物作為新型水系鎳離子電池正極材料的研究結果。相關研究成果發表于《儲能材料》（Energy Storage Materials）。

由于鎳金屬負極具有高容量密度、較小的離子半徑、不易產生枝晶等優點，水系鎳離子電池在眾多多價離子電池中脫穎而出。然而，鎳離子具有高電荷密度，使得載流子與正極材料之間具有較強的靜電相互作用，導致鎳離子擴散動力學緩慢。由于缺乏合適的正極材料，加上鎳離子存儲機制及其擴散路徑不明確，水系鎳離子電池的開發應用受到嚴重制約。

為解決該項問題，科研團隊創新性地設計出一種“鐵離子預嵌入的雙層五氧化二釩”，用作水系鎳離子電池正極材料。該材料通過擴大層間距，為鎳離子提供了快速擴散通道；同時，預嵌入的鐵離子作為層間支柱，顯著增強了五氧化二釩的層狀結構穩定性；而與石墨烯的進一步復合，則有效提升了電極材料的導電性。

該正極材料在水系鎳離子電池中呈現出較高的可逆比容量和超長的循環壽命。研究團隊采用了原位X射線衍射、非原位拉曼光譜、X射線光電子能譜等多種表征方法并結合第一性原理計算，深入探究了水系鎳離子的充放電機理，并揭示了鎳離子在正極材料中的擴散路徑，分析了該體系的電化學動力學特性。

該項工作對水系鎳離子電池及其正極材料開發和機理研究具有重要意義。