Page 82 - 《精细化工》2022年第2期

·286· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

表 1 不同材料的形貌和电化学性能
Table 1 Morphology and electrochemical properties of different materials
正极材料 电解液 电压范围/V 〔电流密度/(A/g)〕/（循环次数/次）/〔循环后比容量/(mA·h/g)〕/（容量保持率/%） 文献
Li xV 2O 5•nH 2O 2 mol/L ZnSO 4 0.4~1.4 1.0/50/279/~68.5 [15]
Na 0.33V 2O 5 3 mol/L Zn(CF 3SO 3) 2 0.2~1.6 1.0/1000/218.4/~93 [16]
K 0.5V 2O 5 3 mol/L ZnSO 4 0.4~1.4 2.0/150/167.1/~62.2 [18]
K 0.25V 2O 5 2 mol/L ZnSO 4 0.2~1.4 1.0/50/170.2/83 [17]
(NH 4) 2V 10O 25•8H 2O 3 mol/L Zn(CF 3SO 3) 2 0.3~1.3 0.5/500/191/~55 [12]
V 2O 5•nH 2O 2 mol/L ZnSO 4 0.4~1.4 0.5/100/128/— [21]
0.5/100/252/~76.6
Al-6NVO 2 mol/L ZnSO 4 0.4~1.4 本文
2.0/1200/122.8/94.6
注：—代表原文未提及。

2
–8
互作用力，使 Al-6NVO 材料相比于其他材料具有良 10 ~1.0×10 –10 cm /s。这些结果证明了 Al-6NVO 材
好的循环稳定性及其在高电流密度下的高容量保 料良好的倍率性能归因于锌离子的快速迁移。这主
3+
持率。 要是因为 Al 层间预嵌有利于扩大层间距，扩充了
2.3 化学动力学研究 锌离子的扩散通道，从而提高了材料的电化学性能。
3+
b
为了探究 Al 预嵌对材料动力学的影响，对 i  av （1）
Al-6NVO 材料的电化学动力学进行分析，结果如图 log i   b log v  log a （2）
5 所示。Al-6NVO 电极在不同扫描速率 0.2~1.0 mV/s i  k v k v 1/2 （3）
下的循环伏安曲线如图 5a 所示。公式（1）和（2） 1 2 2
中，i 为峰值电流（mA），a 为常数，v 为扫描速率 D  4   mV  BM    E   s  （4）
R
（mV/s），b 为 logi-logv 图的斜率，当 b 接近 0.5 时， π  M S    E t 
2
式中：D 为锌离子的扩散系数，cm /S；m B 为活性
表明材料扩散过程占主导地位，当 b 接近 1.0 时，
材料电容行为占主导地位 [22] 。通过对不同扫描速率 物质的质量，g；M R 为称取材料的质量，g；V M 为
3
通过振实后材料的体积，cm ；S 是电极与电解液的
（v）下所对应峰值电流（i）下的一个氧化峰 Peak Ⅰ 2
与两个还原峰 Peak Ⅱ、Ⅲ进行处理 [23-24] ，并对 接触面积，cm 。
Al-6NVO 进行线性拟合得到 b 分别为 0.84、0.78、
0.81（图 5b），表明 Al-6NVO 材料既受扩散过程控
制又受电容行为控制。根据公式（3）进一步对材料
进行电容贡献率计算，包括电容行为控制（k 1 v）和
1/2
扩散控制（k 2 v ）。式中，k 1 和 k 2 由 i/v 1/2 与 v 1/2 的
线性拟合方程的斜率和截距确定。通过确定 k 1 和 k 2 ，
可以将电容行为控制和扩散过程控制区分开（图
5c），结果显示，材料电容的贡献随着扫描速率的增
加而增加，并且拥有较高的电容效应。Al-6NVO 电
极在 1.0 mV/s 下的电容效应图如图 5d 所示，材料
电容贡献率达到 89.93%，充分表明 Al-6NVO 材料
2+
具有良好的储存 Zn 的能力。对 Al-6NVO 材料进行
恒电流间歇滴定技术（GITT）测试 [25-26] ，测试过程
中电流密度为 100 mA/g，弛豫时间为 600 s，结果
见图 5e。公式（4）中，S 为电极与电解液的接触面
2
积（cm ），ΔE s 为脉冲引起的电压变化（V），ΔE t
为恒电流充（放）电的电压变化（V）。进一步通过
利用振实密度仪对材料的密度（ρ=M B /V B ）计算，得
2+
到材料的比容量与 Zn 的扩散系数（logD）图（图

5f）。结果显示，不同比容量下的 logD 约为 1.0×