Amorphe V₂CTx MXen-Kathoden ermöglichen leistungsstarke wässrige Zink-Ionen-Batterien

"Zink-Ionen-Batterien sind eine sichere und kostengünstige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, aber ihre Leistung wurde durch die träge Ionenbewegung und die schlechte Stabilität herkömmlicher Kathodenmaterialien eingeschränkt", erklärt der Erstautor Guangcai Zhao. "Wir haben herausgefunden, dass wir durch Erhitzen des MXen-Materials unter kontrollierten Bedingungen seine geordnete kristalline Struktur in eine ungeordnete amorphe Struktur umwandeln können, während das leitende Gerüst intakt bleibt.

Diese strukturelle Veränderung schafft mehr aktive Stellen für die Anlagerung von Zinkionen, beschleunigt die Ionenbewegung und erhöht die Oxidationsstufe des Vanadiums, was eine effizientere Energiespeicherung ermöglicht. "Infolgedessen erreicht die a-V2CTx-Kathode eine hohe reversible Kapazität von 543 mAh g-¹ bei 1 A g-¹ und behält 494 mAh g-¹ selbst bei einem sehr hohen Strom von 30 A g-¹ bei. Außerdem weist sie eine hervorragende Stabilität auf und behält nach 3000 Zyklen 286 mAh g-¹", fügt Zhao hinzu.

"Unsere Amorphisierungsstrategie löst die Hauptprobleme von Kathoden auf Vanadiumbasis - langsame Ionendiffusion und geringe Leitfähigkeit - ohne Einbußen bei der strukturellen Integrität", sagt der korrespondierende Autor Ting He. "Dieser Ansatz könnte neue Wege für die Entwicklung von hochleistungsfähigen und langlebigen Batteriematerialien eröffnen."

Das Team demonstrierte auch das praktische Potenzial des Materials, indem es eine Pouch-Zelle zusammenbaute, die einen kleinen Ventilator antreiben konnte, was seine Eignung für reale Anwendungen unterstreicht.