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開發綠色、環保、清潔的新能源及以此為基的新的能源結構已經成為21世紀備受矚目的焦點與熱點，而在此新源結構中儲能則扮演著至關重要的角色。在各種儲能技術中，鋰離子電池（Li-ion battery, LIBs）和鈉離子電池（Na-ion battery, NIBs）被認為是兩種極具潛力的儲能技術，其中LIBs由于具有能量密度高、循環壽命長、自放電小、無記憶效應等優點，已被廣泛應用于各種便攜式電子設備中，更被認為是近年來迅速崛起的電動汽車儲能系統的最佳解決方案。而NIBs則由于資源廣泛、成本低廉等優勢，在大規模儲能領域中具有極大的前景。然而，隨著這些新應用的快速發展，它們也對LIBs和NIBs提出了更高的要求，如更高的能量和功率密度、更長的循環壽命、更低的成本等，而開發更為先進的電極材料則是實現上述目標最為關鍵的環節。作為一種典型的層狀晶體結構材料，釩氧化物由于具有放電比容量大、能量密度高、儲量豐富、成本低廉等優勢，被認為是一種非常具有競爭力的下一代先進儲能材料。釩氧化物可被分為氧化釩（如V2O5, V6O13, V3O7·H2O, VO2 (B), V2O3等）和釩酸鹽（如Li3VO4, NaVO2, NaV2O5等），并且已被廣泛應用于LIBs和NIBs中。

納米材料具有比表面積大、離子傳輸路徑短等優勢，各種低維納米結構電極材料（如納米顆粒、納米線、納米管、納米片等）已經被成功合成，并展現出了顯著提高的比容量和倍率性能。但是，最近研究發現低維納米材料由于具有高表面能和高活性，會容易在循環過程中發生自團聚，從而失去納米材料的優勢，并會導致電極膜粉化，最終影響循環穩定性和倍率性能。因此，如何同時保留納米材料的優勢并克服它的不足是一項巨大的挑戰。

近日，劉鵬程博士（廣州大學機電學院&南航材料學院）和朱孔軍教授（南京航空航天大學機械結構力學及控制國家重點實驗室）以從低維納米結構合成到3D微-納結構及自支撐電極加工的獨特角度，系統地綜述了釩氧化物在LIBs和NIBs等應用中的研究進展、所面臨的問題和未來發展趨勢。構建3D微-納結構電極材料和自支撐電極被認為是非常有效的解決低維納米材料自團聚問題的途徑，并且已在一些電極材料中得到了很好的應用，也已經成為當前儲能應用中的一個研究熱點。微-納結構是指小的納米尺度結構單元通過有序組裝構成的新的微米尺度二次結構，它不但可使納米材料的優勢得以保留，更由于協同效應同時具有了微米材料的優勢，從而微-納結構不但具有更大的比表面積和結構穩定性，更可以有效避免低維納米材料的自團聚、提高振實密度。制備自支撐電極（利用或不利用基底）也是一種非常有效的避免低維納米材料自團聚的方法，并且由于不必再外加粘結劑、導電劑、集流體等惰性物質，從而可以顯著提高電化學性能（如能量密度）。同時，基于自支撐電極的儲能系統也是發展柔性、可穿戴器件和設備的關鍵。

此外，他們提出了一種簡單、有效的策略以實現全體系釩氧化物3D微-納結構的可控制備。更為重要的是，他們還提出了一種實現氧化釩正極材料實際商業化應用的解決方法，即構筑“氧化釩基正極/固體電解質/鋰金屬負極”型全固態二次離子電池。他們的工作為釩氧化物在儲能應用中的研究提供了深刻的思考和新的研究方向，有助于加速其在基礎研究和實際應用中的進一步發展。

該成果發表于Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201700547）上，并被“Advanced Science News”以視頻摘要（video abstract）的形式 （視頻網址https://youtu.be/rPtvj0N0iPk）進行了highlight，還收到了AEM封面highlight的邀請。劉鵬程博士為論文第一作者，劉鵬程博士和朱孔軍教授為共同通訊作者。

• [責任編輯：Wang Linyan]