金属镁因其体积容量高（镁3832 mAh/cm3 vs. 锂2062 mAh/cm3、钠1128 mAh/cm3）、地壳储量丰富及比锂金属更安全等特点，被认为是高体积能量密度电池负极的最佳候选之一。目前，开发与之匹配的正极材料是镁离子电池发展所面临的瓶颈问题。近年来，V2O5作为一种典型的层状钒基氧化物，由于具有能量密度高、制备简单及成本低廉等优势引起了极大的研究兴趣。然而，V2O5的原始层间距较窄（4.37 Å），不利于半径较大的Mg2+脱嵌，从而导致其在循环过程中电化学性能快速衰减。
近日，江苏科技大学杨骏博士、常熟理工学院耿洪波教授及华东理工大学张玉研究员等人报道了以商业化层状V2O5为前驱体,通过简易的聚苯胺原位插层法制备了V2O5/PANI复合材料。结果表明，经过插层后的 V2O5（001）晶面层间距从原始的4.37 Å 大幅增加到13.57Å, 能够为镁离子提供快速的扩散通道。
图1. V2O5/PANI结构表征。(a, b) SEM图；(c-f) TEM和HRTEM图；(g-k)元素分析。 作为概念性验证，本工作以金属镁作为负极材料,以该结构为正极材料，并在电解质中同时加入能够诱导Mg2+脱嵌的Li+后进行电化学测试。结果表明，经PANI插层的V2O5在重复的Mg2+脱嵌过程中表现出十分稳定且高度可逆的电化学性能。在20 mA g-1的电流密度下,可获得361 mAh g-1的高比容量；并且, 在500 mA g-1的较大电流密度下, 经过500次充放电循环后，电池容量仍能够保持在103 mAh g-1。本工作对新型二次电池电极材料的开发具有一定的借鉴意义。 图2. (a) V2O5/PANI在0.1 mV s -1的扫速下, 电压范围在0.5 -2.0 V的循环伏安曲线；(b)恒电流充放电曲线；(c)倍率性能；(d)不同电解质的循环性能对比；(e)在不同电流密度100 mA g-1和500 mA g-1的循环性能。 论文信息 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 文章第一作者为江苏科技大学教师杨骏。 ChemNanoMat DOI: 10.1002/cnma.202200025
