金属钒酸盐在电化学储能方面表现卓越，其纳米复合资料的功用优于传统的金属氧化物。结合先进设计的仿生组分可进步功用，然后造福锂离子电池（LIBs）和超级电容器，为可继续动力存储处理方案（ESS）供给助力。水合金属钒酸盐因其大容量、结构优势、低成本及资源丰厚而成为ESS范畴极具远景的资料。咱们首次运用天然甜菜红素色素制备了一种新式Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O/Betalains纳米复合资料（ZVH@Bn NCs），用于LIBs和超级电容器等绿色动力器材。这是经过一种水溶性甜菜红素提取物辅助的低温水热法一步组成完成的。本研讨具体论述了该复合资料的增强特性，包括描摹、电学、光学和电化学功用的改进，这些均促进了Li +存储进程。甜菜红素作为安稳剂和封端剂，经过防止表面氧化来增强电荷存储机制。它们经过促进更快的电荷转移并下降NCs的带隙来进步电导率。凭借2.4 V的高电位窗口，ZVH@Bn作为超级电容器即使在高扫描速率（10,000 mV/s）下也展示出安稳的循环伏安曲线。所取得的最高能量密度和功率密度分别为13.53 Wh/kg和1114.9 W/kg。ZVH@Bn NCs可作为储能用的负极资料。
图文摘要
在人口增长的时代，现有的不可再生动力正在削减。燃料成本日益添加；燃料一旦焚烧就无法回收运用；此外，其构成需求数千年的时间，且石油供应正在枯竭[1]。因此，市场对电池和超级电容器等储能设备的需求很高，这些设备供给了可继续的处理方案，并将可再生动力整合到电网中，然后削减对不可再生燃料的依靠[2]，[3]。一个优质的汽车电池应当价格合理、循环寿数长、充电速度快，并具有高功率输出能力以完成高效运用。LIBs和超级电容器十分引人注目，因为它们代表了同一类储能设备光谱中的两个极点[4]，[5]。LIBs以其高能量密度而闻名[6]，规模为120至200 Wh/kg，还具有高电压、高体积容量、宽工作温度规模、无回忆效应[7]、低自放电率、快速充电接受度[8]以及优异的循环寿数[9]，这使其成为需求耐久供电的运用场景的抱负挑选。超级电容器拥有最长的循环寿数，规模从数百次到数百万次不等[10]，一起具有最高的功率密度（最高可达900 kW/kg或更高），这使其适用于需求快速且剧烈释放能量的运用场景[11]，[12]，[13]，[14]。与可充电电池比较，它们能够接受更多的充放...
超级电容器和LIBs经过类似的电化学进程贮存电能，虽然它们在机制上有所不同。开发选用代替资料和改进负极资料的LIBs是当今的首要研讨范畴之一[24]。因为其安稳性、高库仑效率和平整的电压曲线，石墨烯是LIBs中最广泛运用的负极资料。但是，它存在明显的缺点，如Li离子传输缓慢和容量低[25]，[26]。纳米尺度的各种金属氧化物（例如钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物）和金属硫化物（例如锡硫化物、铜硫化物、锰硫化物、铁硫化物）已被探索作为LIBs的代替负极[27]，[28]，[29]。这些纳米资料（NMs）表现出高锂离子存储容量、良好的电化学安稳性和增强的动力学特性。此外，负极技能的前进还能够处理与当时LIBs相关的安全问题，如热失控和容量衰减。硅（Si）和锡（Sn）具有高理论容量，但因为在嵌锂进程中体积膨胀，循环安稳性较差。
另一种可行的代替方案用于增强LIBs中的负极资料是金属vanadates[30]。它们在比容量高、供给大表面积（然后完成更好的电极-电解质相互作用）以及优异的循环安稳性方面展示出了令人期待的结果[31]，[32]，[33]。其纳米级结构有利于增强锂离子分散，然后进步电池的全体功用。它们也是超级电容器的可行代替电极资料挑选[34]，[35]。此外，金属vanadates具有环保[36]且成本效益高的优势，使其成为开发LIBs先进负极资料的可行挑选。因为其抱负的天然资源、丰厚的钒价态[37]以及多种结构类型，它们引起了广泛关注。过渡金属vanadates（Zn、Mn、Ag、Co、Cu、Fe、Ni等）表现出卓越的电化学特性，例如经过可逆的Li嵌入和提取转化来完成能量存储设备的功用[31]，[38]。
在这些资猜中，钒酸锌是一种十分超卓的资料；因为其晶体结构[32]、[34]、[39]，它展示出动态的电化学特性和优异的刺激可逆性。元素“Zn”已被证明能与Li金属构成合金，并且最近作为未来的负极得到了广泛研讨。ZnV 2 O 6 作为LIBs中的正极资料表现出347.4 mAh/g的比容量[40]。纳米片状的V 2 O 5 /ZnV 2 O 6复合资料作为负极时，展示出高达844 mAh/g的明显更高比容量[41]。但是，其组成触及高耗能的硅油浴法，随后还需进行高温退火处理。此外，相同成分的纳米片形复合资料以及ZnV 2 O 6 /rGO复合资料在运用风险的二甲基甲酰胺（DMF）作为溶剂的情况下，在CO 2还原反响中表现出了优异功用[42]。一维ZnV 2 O 6纳米线作为负极完成了更高的1555.5 mAh/g比容量；但是，在200 °C下历时超越168小时才能组成ZnV 2 O 6纳米线是一个明显的缺点[43]。
当比容量为725 mAh/g的CuV2O6 [44] 经过制备Li4Ti5O12/CuV2O6复合资料以进步LIB功用时，其初始容量仅到达241 mAh/g [45]。MnV2O6 [46] 和 MnV2O6/rGO [47] 复合资料被用作负极以进步效率，并完成了优异的比容量。但是，这些制备技能繁琐且耗时，触及凝胶剂的运用。钒酸盐，特别是锌钒酸盐，在纳米线和复合资料等多种描摹中均展示出高比容量，彰显了其作为LIB负极资料以及在多种运用中作为高效催化剂的多功用性。对其羟基化类似物的继续开发不断推进着进一步的进展。在此基础上，本研讨将甜菜红素作为功用性添加剂与焦钒酸锌结合，以进一步增强其电化学功用。
Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O（也称为二水合羟基钒酸锌）是一种特定的钒酸锌方式，在储能设备中展示出运用远景，特别是在锌离子电池中[48]，[49]，[50]。焦钒酸盐表现出高比容量，答应单位质量容纳大量Li离子；其敞开的框架结构可完成快速的Li离子分散，然后进步倍率功用；改进的结构安稳性有助于延伸循环寿数；以及在储能设备中具有更好的耐久性。Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O 与 g-C 3 N 4 [51]、V 2 O 3 @C [49]、NH 4 V 3 O 8 [52] 和 V 2 O 5 [53] 的复合资料已被研讨；但是，这些资料首要被用于光降解、Zn-ion电池和催化活性方面的研讨。虽然如此，Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O 与其他资料构成的复合资料仍未得到探索，且关于它们在LIBs和超级电容器中潜在运用的研讨所十分有限。
与一般钒酸锌比较，Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O 具有一些共同的特征，然后完成了更高的电化学功用。首要，Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O 具有共同的含羟基层状结构，为Li-ion嵌入供给了额外的位点。其次，其晶体结构中水分子的存在能够增强安稳性和导电性，然后改进循环功用和倍率功用，使其成为能量存储器材的极具远景的候选资料。Jiang等经过电化学办法组成了具有3D微纳结构的Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O [54]。Zhenghui等[48]、Liu等[52]制备了用于zinc-ion电池的Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O。Kang Hua等[55]将其制备为乙醇气体传感器。Yang等研讨了焦钒酸锌纳米片的Li-storage特性，在0.05 A/g下取得了963 mAh/g的比容量[56]。Lyn Marie等组成了用于LIBs的ZnV 2 O 4纳米线负极，并取得了460 mAh/g的比容量[57]。Xiaoyan制备了作为LIBs正极资料的Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O纳米片，在20 mA/g电流密度下循环100次后取得了962.4 mAh/g的比容量[58]，但是他们在组成进程中选用了高功率微波辐射。关于焦钒酸锌Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O的研讨已探索了其作为光催化剂、传感器以及锌电池负极的运用。但是，其在LIBs和超级电容器中的运用潜力，特别是在c...
甜菜红素作为一种天然色素，具有共同的锚定基团和N-杂环结构，使其具有可见光波长呼应规模[60]。虽然甜菜红素已被用于太阳能电池的出产，但其在LIBs和超级电容器等储能运用中的运用尚未引起广泛关注。甜菜红素与CuO NPs结合后，增强了拉伸强度，改进了内聚性，并在NPs中表现出良好的热安稳性[61]。经过生物活性途径运用Beta vulgaris组成的TiO 2作为阳极展示出了良好功用[62]。它兼作还原剂和封端剂，简化了组成进程，并具有无毒和环保的优势。选用这种低成本、先进的技能与甜菜红素复合资料相结合，为LIBs的绿色发展做出了重要贡献。
水热法在高温高压下制备不安稳的NMs，经过水来削减资料损失并操控成分。但是，在咱们的研讨中，咱们修改了该办法的介质，加入了一种无害的天然betalain提取物，它既作为溶剂又作为添加剂，首次引入染料敏化太阳能电池（DSSCs）的概念以改进复合资料的功用。Betalain充当敏化剂，当它与纯ZVH结合时，会激活电荷载流子并有助于电荷传输。这种用于构建动力器材的高档复合资料绿色组成的新式、可继续、环保且低成本的办法此前从未被尝试过，突显了本工作的立异性。此外，较低的反响时间和温度（12 h和160 °C）使得这项工作与其他已报导的办法[63]、[64]比较具有共同性。所开发的ZVH@Bn经过了电化学功用测验。因此，本文概述了经过与Betalain创建复合资料来调理纯ZVH的功用，以用于超级电容器和LIBs等动力器材。
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