作為鋰電池陽極，如何改善鎢氧化物的電化學性能？

當用作鋰電池的陽極材料時，由於體積變化大，鎢氧化物在充放電迴圈過程中會出現結構塌陷和容量快速下降的情況。此外，它們的低導電性導致了不良的速率性能。到目前為止，有一些有效的方法能夠改電化學性能。當O型空位被引入到鎢氧化物中時，其電導率可能會有很大的改善，研究人員嘗試改變空位濃度以獲得更高的電導率，同時在SCs和LIBs中採用了納米結構。此外，由於石墨、還原石墨和碳納米管等碳材料的高導電性和結構穩定性，經常在氧化鎢中加入碳材料以獲得複合體材料。

非化學計量鎢氧化物在自然界中很常見。它們內部的O空位對電子的傳輸有積極作用。此外，WO₃是一種n型半導體，其導電性主要取決於其傳導帶中自由電子的濃度，或者換句話說，其內部供體的濃度。通過調整W和O的比例，空位的濃度就會相應改變，其導電性能就會急劇增加。Yoon等製備了一種介孔m-WO_3-x電極。雖然其初始庫侖效率只有53%，但其可逆容量達到748 mA.h.g^-1。

此外，其1.76 S.cm^-1的電導率也很有競爭力，與介孔碳材料（3.0 S.cm^-1）相比。Li等通過在N₂環境下退火WO₃，增加了氧化鎢中O空位的密度。引入的O空位明顯提高了氧化鎢的導電性，使電極具有良好的速率性能和可逆性。適當的O型空位濃度可以轉化為電導率的提高，而過量的O型空位則可能是自取滅亡。有時我們也可以用與O原子直徑相似的其他原子來填充O空位。Cui等在WO_x中用N原子重新填充O空位，將其轉化為超細無序的團塊。

N的引入提供了許多氧化還原位點，促進了鋰電池電化學動力學的發展，從而獲得了卓越的電化學性能。除了在鎢氧化物中引入O空位外，過量的O也是有幫助的，因為過量的O可以導致氧化鎢內隧道的變形。Inamdar等通過調整射頻（RF）磁控濺射過程中Ar和O₂的比例，獲得了過量O的氧化鎢。結果顯示，在氣體比例為7:3的情況下，WO_x的電荷轉移電阻被測試為215Ω，與氣體為純Ar時的370.8Ω相比要低很多。研究人員將此歸因於氧化鎢中過量的O所引起的供體濃度增加。

通過溶膠-凝膠法、水熱法和範本法，納米結構的氧化鎢可以很容易地得到。Wu等通過一步水熱和後退火工藝製成了WO₃納米管束。其初始比放電容量和初始庫倫效率分別為871.9 mA h g^-1和77.8%。Lim等製備了WO₃納米晶體和納米線。兩種樣品在0.1C時都顯示出867和954 mA h g^-1的高初始容量。

例如，在100次迴圈後，WO₃納米線的比放電容量保持在552 mA h g^-1，在2-100次迴圈中其平均庫侖效率為97.2%。Yang等在水熱法中使用HCOOH作為結構導向劑，合成了層次分明的花狀WO₃。每個納米瓣都由許多納米棒組成。在電流密度為100 mA g^-1時，50次迴圈後其可逆容量為766 mA h g^-1，甚至在100次迴圈後仍保持在720 mA h g^-1。

此外，在電流密度為500 mA h g^-1時，其容量高達576.8 mA h g^-1。諸多實驗結果證明分層花狀WO₃的良好迴圈和速率性能。Sasidharan等使用聚（苯乙烯-b-[3-（甲基丙烯醯氨基）丙基]三甲基氯化銨-b-環氧乙烷）膠束（PS-PMAPTAC-PEO）作為範本來生產WO₃空心納米球。整個三嵌段共聚物是由PS作為其核心，PMAPTAC作為其外殼，PEO作為其電暈組成。

參考文獻：Han W, Shi Q, Hu R. Advances in electrochemical energy devices constructed with tungsten oxide-based nanomaterials[J].《納米材料》, 2021, 11(3): 692.

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