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Oxygen-defective V2O5 nanosheets boosting 3D diffusion and reversible storage of zinc ion for aqueous zinc-ion batteries

纳米工程 材料科学 阴极 纳米片 水溶液 储能 电化学 化学工程 解吸 纳米技术 氧气储存 吸附 氧气 电极 化学 物理化学 功率(物理) 工程类 有机化学 物理 量子力学
作者
Zihan Wang,Pei Liang,Rongguo Zhang,Zhimin Liu,Wenying Li,Zhigang Pan,Hao Yang,Xiaodong Shen,Jin Wang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:562: 150196-150196 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2021.150196
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) have received considerable attention for reliable and low-cost energy storage. However, it remains a great challenge to develop cathode materials with high capacity and adequate cycle life due to the high polarization of bivalent Zn2+. Defect engineering has been demonstrated to enhance the electrochemical reaction sites but most defects are restricted to the surface of materials. We overcome this issue by incorporation of defect engineering and nanoengineering. Oxygen-defective V2O5 nanosheet arrays anchored on carbon cloth are employed as the cathode of ZIBs, which delivering comparable reversible capacity (322.9 and 256.6 at 1 and 5 A g−1) and stable cyclability (220 mAh g−1 after 500 cycles at 10 A g−1). Further DFT calculations validate that Zn2+ diffusion in oxygen-defective V2O5 is allowed along c axis, not only restricted along ab plane of V2O5, thus realizing a 3D Zn2+ diffusion with fast electrochemical kinetics and large capacitive storage. Moreover, the Zn2+ adsorption energies at defective sites of V2O5 was close to thermoneutral value, contributing reversible Zn2+ adsorption/desorption for ultra-stable Zn2+ storage performance. This synergistic strategy of defect engineering and nanoengineering reveal a promising potential for advanced materials of aqueous Zn-ion batteries and flexible storage applications.
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