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中國科學技術大學宋禮教授團隊最近發表了一項具有重大意義的研究成果。他們基于插層型鋅離子電池正極材料的同步輻射譜學表征，提出了插層劑誘導軌道占據的概念，并成功開發出了具有快速充電性能的銨根插層五氧化二釩鋅離子電池正極材料。
據介紹，釩酸鹽復合物是一種重要的鋰離子電池正極材料，但其電化學性能與結構之間的關系一直未被充分理解。宋禮教授團隊針對這一問題，運用同步輻射技術，研究插入釩酸鹽層間的插層劑對電極材料性能的影響。
在探究過程中，團隊發現插層劑對軌道占據產生了顯著的影響。通過對錳酸鹽和釩酸鹽材料的研究，他們成功提出了一種新的軌道占據模型，快速構筑出銨根插層五氧化二釩鋅離子電池正極材料，并成功驗證了其快速充電性能。
該研究成果近日發表于國際學術期刊《美國科學院院刊》上，引起了廣泛的關注。這一成果不僅為揭示釩酸鹽復合物與插層劑性能之間的關系提供了一種新的理解，同時為插層型離子電池正極材料的設計和制備提供了全新的思路。
科研人員發揮同步輻射光源綜合性實驗平臺的優勢，結合多種原位與非原位同步輻射譜學實驗技術，深入揭示了銨根離子插層，以及充放電過程中的可逆演變規律。研究發現，銨根離子插層在很大程度上誘發了釩—氧鍵的結構畸變，進一步導致電子結構的重排，促使軌道中空態的占據。這種軌道占據極大地提高了材料的電導率，聯合銨根離子插層后拓寬的層間距，從而顯著加速了鋅離子的轉移，實現了鋅離子電池的超高倍率性能。測試結果表明，在電流密度為200倍率時，銨根插層五氧化二釩正極材料的比容量仍維持在101.0毫安時每克，且充電時間僅需18秒。
該項成果的發現對于快速儲能設備的研發來說至關重要。目前，鋰離子電池等儲能設備通常存在充電時間長、壽命短等問題。隨著人們生活水平的不斷提高，對于快速充電設備的需求也越來越迫切。此項新研究的成果將為快速充電設備的研發提供更加可靠的技術支持，為未來的科技發展奠定堅實的基礎。 | 
發表于 2023-4-11 13:09:44
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