三氧化二钒（V2O3）是公认的制备水性锌离子电池（AZIBs）的理想正极材料。然而，体积变化大、结构退化、重复循环过程中电荷传输动力学缓慢等缺点阻碍了其在高性能AZIBs中的广泛应用。在此，研究者报道了一种V2O3/碳复合材料，其中V2O3纳米粒子（NPs）嵌入在碳纳米纤维中（表示为V2O3@C NFs），作为AZIBs的柔性无粘合剂正极材料。通过静电纺丝法，以及随后的稳定化和碳化处理制备了V2O3@C NFs，得到了具有隧道状3D相结构的纳米级V2O3晶体，其均匀分布在具有部分石墨结构和一些结构缺陷的氮掺杂碳纳米纤维中。因此，V2O3@C NFs作为柔性无粘合剂正极可以提供较高的初始容量（50mA/g下为220mAh/g），出色的循环稳定性（在200或2000mA/g下循环1000次后的容量为120或65mAh/g）以及增强的倍率性能（在2000mA/g时为100mAh/g）。为了深入了解锌的高效储存，最初通过基于第一性原理计算的理论模拟阐明了正极材料中Zn2+离子的扩散和存储机制。此外，基于V2O3@C NFs轻松组装的全电池显示出理想的实际应用潜力。综上，这项工作为AZIBs用柔性无粘合剂钒基正极材料的设计与合成提供了指导作用。
图1.V2O3@C NFs的制备示意图。
图2.（a）V2O3@C NFs和V2O3的XRD图谱。（b）V2O3@C NFs中V2O3的晶体结构图。（c）V2O3@C NFs和V2O3的拉曼光谱。（d）V2O3@C NFs的TG曲线。
图3.V2O3@C NFs的XPS光谱。（a）全扫描、（b）V2p、（c）O1s和（d）N1s光谱。
图4.（a-c）V2O3@C NFs在不同状态下的照片。（d,e）V2O3@C NFs的SEM图像。（f,g）V2O3@C NFs的TEM和HRTEM照片。（h）V2O3@C NFs的SAED图谱。（i-m）V2O3@C NFs的HADDF-STEM图像以及V、O、C和N的元素映射结果。
图5.电化学性能。（a）V2O3@C NFs电极的CV曲线。（b）V2O3@C NFs电极在50mA/g电流密度下的放电-充电曲线。（c）V2O3@C NFs和V2O3电极的循环性能。（d）V2O3@C NF和V2O3电极的额定容量。（e）V2O3@C NFs电极的长循环性能和库仑效率。
图6.（a）V2O3@C NFs和V2O3电极的奈奎斯特图。（b）V2O3@C NFs电极在50mA/g时的GITT曲线，以及根据GITT曲线计算的logD（cm2 s-1）与时间（h）的关系。（c,d）V2O3@C NFs电极在50mAh/g下循环100次后的SEM图像。
图7.（a）V2O3晶体结构中Zn2+离子的模拟迁移路径示意图。（b）V2O3中锌离子的迁移能垒。（c）V2O3的DOS曲线。
图8.（a）V2O3@C NFs//Zn@CC全电池的示意图。（b）组装的全电池成功点亮一盏LED灯。（c）V2O3@C NFs//Zn@CC全电池的循环稳定性。（d）V2O3@C NFs//Zn@CC全电池的倍率性能。
