2D VOPO4 Pseudocapacitive Ultrafast‐Charging Cathode with Multi‐Electron Chemistry for High‐Energy and High‐Power Solid‐State Lithium Metal Batteries

材料科学 阴极 电解质 锂(药物) 功率密度 化学工程 纳米技术 金属锂 快离子导体 电极 功率(物理) 物理化学 热力学 化学 医学 物理 工程类 内分泌学
作者
Feifei Xing,Feng Su,Jieqiong Qin,Pengchao Wen,Yuejiao Li,Liangzhu Zhang,Jiaxin Ma,Shuanghao Zheng,Xin Guo,Zhong‐Shuai Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (21) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/aenm.202204015
摘要

Abstract Lithium metal batteries (LMBs) are acknowledged to be one major direction for next‐generation energy storage devices. However, the practical applications of LMBs are certainly limited by the low power density and safety issues owing to the lack of high‐capacity pseudocapacitive cathode materials and solid electrolytes. Herein, the rational synthesis of 2D VOPO 4 nanosheets with enriched V 4+ defects (VOPO 4 @G‐Air) enabling ultrafast multi‐electron reactions as a high‐capacity pseudocapacitive cathode is reported. Through V 4+ defect engineering, the larger polarizationand inhomogeneous multi‐electron reactions are vastly improved, resulting in remarkably fast kinetics. Benefiting from the ultrathin 2D structure and controllably regulated V 4+ defect concentration, a high discharge capacity of 313 mA h g −1 at 0.1C is achieved, anda large capacity of 116 mA h g −1 is offered at 50C. Finally, utilizing the as‐synthesized VOPO 4 @G‐Air and a solid‐state electrolyte based on ethoxylated trimethylolpropane triacrylate (ETPTA‐LiClO 4 ‐SSE) , the assembled solid‐state LMBs (Li||ETPTA‐LiClO 4 ‐SSE||VOPO 4 ) show high energy density of 85.4 Wh kg −1 at 114.5 W kg −1 and high power density of 2.3 kW kg −1 at 45.86 Wh kg −1 . Further, the pouch cell unveils extraordinary safety and excellent flexibility. This work provides new insights in the construction of ultrafast and high‐capacity pseudocapacitive cathodes with multi‐electron reactions for solid‐state LMBs.
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