Suppressing vanadium dissolution by modulating aqueous electrolyte structure for ultralong lifespan zinc ion batteries at low current density

材料科学 溶解 电解质 阴极 水溶液 溶剂化 无定形固体 化学工程 氧化钒 无机化学 电流密度 分子 电极 化学 物理化学 冶金 结晶学 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Sucheng Liu,Jiangfeng He,Dao‐Sheng Liu,Minghui Ye,Yufei Zhang,Yanlin Qin,Cheng Chao Li
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier]
卷期号:49: 93-101 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.03.038
摘要

Vanadium-based cathodes tending to dissolution in mildly acidic aqueous zinc ion electrolytes result in serious capacity fading at a low current density. Herein, we proposed a novel aqueous electrolyte to suppress vanadium dissolution by regulating solvation structure of Zn2+ and thereby significantly boost cycling lifespan. With this optimized electrolyte system, the decrease of number and activity of free water molecules significantly reduces vanadium solubility in water, leading to stable electrolyte/cathode interfaces. Importantly, the optimization of the electrolyte solvation structure could block the electrochemically activated desolvation water molecules to attack cathode interfaces and minimize the number of co-intercalated water molecules accumulated in tunnel, which is propitious to inhibit crystalline-to-amorphous transformation and maintain the integrity of vanadium oxide host lattice. As a result, the VO2 cathode exhibits impressive cycling stability with a capacity retention of 98.2% over 400 cycles at a low current density of 0.1 A g−1. This study provides an inspiring strategy of inhibiting vanadium dissolution to realize the ultralong lifespan at a low current density for Vanadium-based cathode in aqueous ZIBs.
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