Triggering the theoretical capacity of Na1.1V3O7.9 nanorod cathode by polypyrrole coating for high-energy zinc-ion batteries

阴极 材料科学 聚吡咯 涂层 化学工程 纳米棒 电化学 阳极 循环伏安法 功率密度 电极 纳米技术 复合材料 化学 聚合物 功率(物理) 物理化学 工程类 聚合 物理 量子力学
作者
Saiful Islam,Seunggyeong Lee,Seulgi Lee,Muhammad Hilmy Alfaruqi,Balaji Sambandam,Vinod Mathew,Jang‐Yeon Hwang,Jaekook Kim
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:446: 137069-137069 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137069
摘要

The exploration of advanced cathode materials for aqueous rechargeable zinc-ion batteries (ZIBs) is currently a major research topic. In this study, we propose the microwave-assisted hydrothermal synthesis of polypyrrole (PPy)-coated Na1.1V3O7.9 (P-NVO) nanorods for the first time as a high-energy and high-power cathode material for ZIBs. The highly conductive PPy surface-coating layer is significant to enhance the electronic conductivity and Zn2+ diffusion kinetics, leading to utilize the V3+/V4+/V5+ multiple redox reactions of the NVO cathode in ZIBs. Compared to the NVO cathode, therefore, the P-NVO cathode offers higher discharge capacity, power capability and cycling stability; in particular, PPy coating triggers the full theoretical capacity of the NVO cathode (527 mAh g−1 with ∼ 3 mol Zn insertion per formula unit) and directly reflects a superior energy density of 408 Wh kg−1. Even at a high current density of 6000 mA g−1, the P-NVO cathode shows unprecedented cycling stability over 1100 cycles without capacity loss. Galvanostatic intermittent titration technique, cyclic voltammetry, in situ X-ray diffraction, and ex situ X-ray absorption near edge structure analyses are combined to verify the superior Zn storage mechanism of the P-NVO cathode.
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