Equipe apresenta síntese hidrotérmica de VO₂@VS₂ em uma etapa para armazenamento de íons Zn estável e altamente eficiente

Pesquisadores da Universidade de Qingdao sintetizaram VO₂@VS₂ nanoesferas ocas usando um processo hidrotérmico de uma etapa, criando um material de cátodo altamente eficiente para baterias de íons de zinco. Esta heteroestrutura poderosa melhora significativamente o desempenho da bateria, fornecendo uma capacidade reversível de 468 mAh g^-1 e mantendo 85% de retenção após 1.000 ciclos.

A arquitetura exclusiva do nanomaterial facilita o transporte mais rápido de íons de Zn, estabilidade eletroquímica aprimorada e maior vida útil do ciclo, oferecendo uma alternativa sustentável e econômica às baterias tradicionais de íons de lítio. Esse avanço abre caminho para sistemas de armazenamento de energia mais eficientes, seguros e ecologicamente corretos, cruciais para aplicações como veículos elétricos e armazenamento em rede.

O trabalho é publicado na revista Futuros de materiais.

Baterias de íons de zinco (ZIBs) são uma alternativa promissora às baterias de íons de lítio em sistemas avançados de armazenamento de energia devido à sua segurança, custo e respeito ao meio ambiente. Para aplicações de armazenamento de energia em larga escala, como veículos elétricos e armazenamento em rede, o zinco é abundante, não tóxico e pode operar em eletrólitos aquosos. No entanto, o material do cátodo afeta muito a capacidade, a capacidade de taxa e o ciclo de vida dos ZIBs.

Dióxido de vanádio (VO₂) é um material de cátodo ZIB popular devido à sua alta capacidade teórica e inserção/extração de íons de zinco. No entanto, VO₂ sofre de baixa condutividade elétrica e baixa taxa de desempenho, limitando sua aplicação prática em baterias de alto desempenho. Essa limitação pode ser superada combinando VO₂ com materiais altamente condutores como dissulfeto de vanádio (VS₂).

Contra₂ oferece várias vantagens, incluindo uma estrutura em camadas com amplo espaçamento entre camadas, facilitando a rápida difusão de íons de zinco e excelente condutividade elétrica. A combinação de VO₂ e VS₂ não só melhora a condutividade eletrônica e as capacidades de inserção/extração de íons Zn, mas também melhora a estabilidade estrutural durante o ciclo de longo prazo. O VO heterogêneo₂/VS₂ A interface fornece locais ativos suficientes e modula a estrutura eletrônica, permitindo alta capacidade de armazenamento de íons Zn dominada pelo comportamento de pseudocapacitância.

A análise teórica ressalta ainda mais a dinâmica promissora da reação do íon Zn do VO₂@VS₂posicionando-o como um forte candidato para baterias de íons de Zn de alta capacidade com potenciais aplicações em sistemas práticos de armazenamento de energia.

Apesar do desempenho eletroquímico promissor do VO₂@VS₂ nanoesferas ocas, melhorias adicionais são necessárias para abordar desafios potenciais. Uma direção é otimizar a estrutura da heterointerface para melhorar a difusão de íons Zn e a cinética de transferência de carga. Além disso, estratégias de dopagem podem ser exploradas para melhorar a estabilidade estrutural e a durabilidade do ciclo do material. Esses avanços abrirão caminho para o VO₂@VS₂ para se tornar um candidato mais viável para baterias de íons de Zn aquosas de alto desempenho.

Ao combinar a síntese hidrotérmica de uma etapa com análise eletroquímica detalhada, o VO₂@VS₂ nanoesferas ocas surgiram como materiais de cátodo extremamente promissores para baterias de íons de Zn. Este estudo fornece uma estratégia de heteroestrutura interfacial versátil que pode melhorar significativamente a transferência de carga, o armazenamento de íons de Zn e a estabilidade do ciclo. Esta pesquisa resume o potencial do VO₂@VS₂ como um cátodo de alto desempenho e ecologicamente correto para baterias de íons de Zn em aplicações de armazenamento de energia de última geração.