Nature Mater(最新)：小小氧空穴让“电池 / 电容”储能性能突飞猛进！

前言：

随着新能源概念的日益兴起、特斯拉等电动力汽车的流行，电化学储能也逐渐成为各大课题组的研究热点。常用的电化学储能方式有两种：电池和电容器。电池能量密度高、储能多，但是电流小、充放电时间长。电容器则刚好相反：充放电时间短、使用寿命长但能量密度低、储能少。为了弥补综合两者之长，人们又开发出了法拉第准电容（具体介绍请参加Science，343, 1210）。而MoO3（层状）则是一类极具竞争力的准电容器材料。MoO3的理论储能容量高达1,005 C g?1。但MoO3的缺点也很明显：稳定性差、导电性差等。针对这些缺点，来自UCLA的Bruce Dunn教授团队在最新一期（20161205）的Nature Material上发文。他们通过氧空穴的引入，大大提升MoO3的各方面性能。

正文：

图 1

文中指出氧空穴的引入主要提高材料的两大性能：1. 稳定性（循环使用次数），2. 比电容量的增加。

1. 稳定性的提升：

传统MoO3材料循环次数少的主要原因是在充放电的过程中材料的晶型和结构发生不可逆的变化。氧空穴的导入，在保持晶型结构的同时增加了层间距。从而使得Li离子能够快速自由的进出，还能保持晶型和结构的完整性。具体结构可视化和表征请见下两图2/3：

图 2

图2a-c为晶体的可视化图。图2d、g为氧空穴引入前后样品XRD的比较。图2g中衍射峰位的移动表明层间距的变化

图 3

图3a、c为没有引入氧空位的MoO3的CV曲线和XRD衍射图（充放电前后），图3b、d为引入氧空位后的MoO3的CV曲线和XRD衍射图（充放电前后）

从图3c、d可见，引入氧空位后，Reduced - MoO3-x在充放电过程中结构稳定性得到了显著的提升。

2. 比容量（specific capacity）的提升：

通过XPS表征，作者认为Reduced - MoO3-x比容量的增加是由于MoO3中Mo价态的变化所导致。文中指出充电过程中，Reduced - MoO3-x中4价Mo的含量显著增加，远高于MoO3中4价Mo的含量。见下图4：

Figure 4 ：Effect of oxygen vacancies on the presence of Mo4+ and Mo5+ oxidation states during electrochemical cycling. a,b, Voltammetric sweeps at5 mV s?1 for R-MoO3–x (a) and F-MoO3 (b). The samples were pre-cycled at 10 mV s?1 for five cycles before the measurements. c–f, High-resolution XPS spectra of the Mo 3d region in R-MoO3–x at the lithiated (c) and delithiated state (e), and in F-MoO3 at the lithiated state (d) and delithiated state (f).

点评：本文作者通过引用氧空穴，增加了材料的循环使用次数和比电容两大性能。可以说是一箭双雕。更多内容请参见原文。

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