三氧化二釩（V2O3）是公認的制備水性鋅離子電池（AZIBs）的理想正極材料。然而，體積變化大、結構退化、重復循環過程中電荷傳輸動力學緩慢等缺點阻礙了其在高性能AZIBs中的廣泛應用。在此，研究者報道了一種V2O3/碳復合材料，其中V2O3納米粒子（NPs）嵌入在碳納米纖維中（表示為V2O3@C NFs），作為AZIBs的柔性無粘合劑正極材料。通過靜電紡絲法，以及隨后的穩定化和碳化處理制備了V2O3@C NFs，得到了具有隧道狀3D相結構的納米級V2O3晶體，其均勻分布在具有部分石墨結構和一些結構缺陷的氮摻雜碳納米纖維中。因此，V2O3@C NFs作為柔性無粘合劑正極可以提供較高的初始容量（50mA/g下為220mAh/g），出色的循環穩定性（在200或2000mA/g下循環1000次后的容量為120或65mAh/g）以及增強的倍率性能（在2000mA/g時為100mAh/g）。為了深入了解鋅的高效儲存，最初通過基于第一性原理計算的理論模擬闡明了正極材料中Zn2+離子的擴散和存儲機制。此外，基于V2O3@C NFs輕松組裝的全電池顯示出理想的實際應用潛力。綜上，這項工作為AZIBs用柔性無粘合劑釩基正極材料的設計與合成提供了指導作用。
圖1.V2O3@C NFs的制備示意圖。
圖2.（a）V2O3@C NFs和V2O3的XRD圖譜。（b）V2O3@C NFs中V2O3的晶體結構圖。（c）V2O3@C NFs和V2O3的拉曼光譜。（d）V2O3@C NFs的TG曲線。
圖3.V2O3@C NFs的XPS光譜。（a）全掃描、（b）V2p、（c）O1s和（d）N1s光譜。
圖4.（a-c）V2O3@C NFs在不同狀態下的照片。（d,e）V2O3@C NFs的SEM圖像。（f,g）V2O3@C NFs的TEM和HRTEM照片。（h）V2O3@C NFs的SAED圖譜。（i-m）V2O3@C NFs的HADDF-STEM圖像以及V、O、C和N的元素映射結果。
圖5.電化學性能。（a）V2O3@C NFs電極的CV曲線。（b）V2O3@C NFs電極在50mA/g電流密度下的放電-充電曲線。（c）V2O3@C NFs和V2O3電極的循環性能。（d）V2O3@C NF和V2O3電極的額定容量。（e）V2O3@C NFs電極的長循環性能和庫侖效率。
圖6.（a）V2O3@C NFs和V2O3電極的奈奎斯特圖。（b）V2O3@C NFs電極在50mA/g時的GITT曲線，以及根據GITT曲線計算的logD（cm2 s-1）與時間（h）的關系。（c,d）V2O3@C NFs電極在50mAh/g下循環100次后的SEM圖像。
圖7.（a）V2O3晶體結構中Zn2+離子的模擬遷移路徑示意圖。（b）V2O3中鋅離子的遷移能壘。（c）V2O3的DOS曲線。
圖8.（a）V2O3@C NFs//Zn@CC全電池的示意圖。（b）組裝的全電池成功點亮一盞LED燈。（c）V2O3@C NFs//Zn@CC全電池的循環穩定性。（d）V2O3@C NFs//Zn@CC全電池的倍率性能。
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