三维分级结构V6O13微球阴极材料的锌离子存储性能优化研究

本文通过一步水热法构建具有三维分级结构的V6O13微球阴极材料，其独特的多孔形貌（比表面积达42.67 m2 g?1）显著提升了Zn2+扩散动力学性能，在0.5 A g?1下实现446.4 mAh g?1的高比容量，10 A g?1循环3000次后容量保持率达86.5%，为锌离子电池（ZIBs）正极材料设计提供了新思路。

　　

Highlight

通过微观结构工程策略，本研究采用一步水热法成功构建了具有三维（3D）分级微球形态的V₆O₁₃正极材料（合成过程如图1a所示）。基于纳米片的层级自组装机制，所制备的微球展现出典型的3D分层特征：其独特的空间构型通过空间限域效应有效抑制纳米片自聚集，多尺度孔隙分布（微孔-介孔协同）将比表面积提升至42.67 m² g^?1，不仅增加了Zn²⁺存储活性位点密度，更通过缩短离子扩散路径显著优化了界面电荷转移动力学。

Morphological and structural characterization

扫描电镜（SEM）图像显示（图1b），经微观结构工程获得的V₆O₁₃微球样品呈现均匀的3D花状结构，平均直径约2 μm。高倍图像（图1c）清晰揭示其由规则二维超薄纳米片自组装形成的层级架构。

Conclusions

总结而言，我们通过简单可控的一步水热法构建了具有3D分级微观结构的V₆O₁₃正极材料。相较于V₆O₁₃纳米棒，该微球电极表现出增强的Zn²⁺扩散动力学和优异的电化学性能——在10 A g^?1下初始放电容量达267 mAh g^?1，3000次循环后容量保持率高达86.5%。该工作为通过形貌工程调控过渡金属氧化物电极的锌存储机制提供了新理论依据。