Reversible Molecular and Ionic Storage Mechanisms in High-Performance Zn0.1V2O5·nH2O Xerogel Cathode for Aqueous Zn-Ion Batteries

阴极 溶解 电解质 插层(化学) 水溶液 材料科学 溶剂 双层 离子键合 离解(化学) 离子 化学工程 结晶学 无机化学 化学物理 化学 物理化学 膜 有机化学 电极 生物化学 工程类
作者
Kaiyue Zhu,Tao Wu,Wessel van den Bergh,Morgan Stefik,Kevin Huang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (6): 10678-10688 被引量:135
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c03684
摘要

The cathode is a critical component for aqueous Zn-ion batteries (ZIBs) to achieve high capacity and long stability. In this work, we demonstrate a dissolution-free, low-Zn-preinserted bilayer-structured V 2 O 5 xerogel cathode, Zn 0.1 V 2 O 5 · n H 2 O (ZnVO), with excellent capacity and stability using a low-cost ZnSO 4 electrolyte. Its discharge capacity reaches 463 mAh g –1 at 0.2 A g –1 and 240 mAh g –1 at 10 A g –1, while 93% and 88% of its capacity are retained at 0.2 A g –1 for 200 cycles and at 10 A g –1 for 20 000 cycles, respectively. We then show that the outstanding performance of ZnVO is derived from the enlarged gallery spacing by the solvent water intercalation and the water stable V 2 O 5 bilayer structure. We further unveil via ab initio molecular dynamics that H + is largely originated from the dissociation of the gallery water, while OH – moves out of the gallery to form Zn 4 (SO 4 )(OH) 6 ·5H 2 O with ZnSO 4 electrolyte on the surface of ZnVO; the intercalated Zn 2+ forms aquo complex [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ with the gallery water. Our theoretical analysis also suggests that the gallery water and solvent water in the electrolyte are statistically the same and functionally equivalent. Overall, this study shows the promise of ZnVO as a practical cathode for ZIBs and offers fundamental insights into the roles of gallery water, solvent water, bilayer V 2 O 5 structure, and dual Zn 2+ /H + intercalation mechanisms in achieving high capacity and long stability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
轻松书竹完成签到,获得积分10
刚刚
lc完成签到,获得积分10
刚刚
邱燈发布了新的文献求助20
2秒前
愉快若灵发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
yuuuu发布了新的文献求助10
2秒前
Genevieve完成签到,获得积分10
3秒前
4秒前
4秒前
莲子开森完成签到,获得积分10
4秒前
舒晴发布了新的文献求助10
5秒前
泥豪泥嚎发布了新的文献求助10
5秒前
心绪给Gp1983的求助进行了留言
6秒前
xxwyz发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
123发布了新的文献求助30
6秒前
metaphysic完成签到,获得积分10
7秒前
敏感的小蚂蚁完成签到,获得积分10
7秒前
科研通AI6.4的应助被huyingj采纳,获得10
7秒前
情怀的应助被huyingj采纳,获得10
7秒前
阳光的远锋完成签到 ,获得积分10
7秒前
7秒前
8秒前
8秒前
科研通AI6.4的应助被小稻草人采纳,获得30
8秒前
bkagyin的应助被星魂采纳,获得10
8秒前
小小传说完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
Lucas的应助被Zilean采纳,获得10
10秒前
12秒前
zmh发布了新的文献求助10
12秒前
CodeCraft的应助被xxwyz采纳,获得10
12秒前
12138发布了新的文献求助10
13秒前
快乐的一斩完成签到,获得积分10
13秒前
mo完成签到,获得积分10
13秒前
薛乎虚发布了新的文献求助10
13秒前
march发布了新的文献求助10
13秒前
cxw发布了新的文献求助10
14秒前
秋风的应助被苦哈哈采纳,获得20
14秒前
热情飞绿完成签到,获得积分10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Les Mots du discours 600
A Consideration on Use of Material Grades for Hull Structural Members Based on Fracture Toughness(Second Report) 500
AI Disclosure in Annual Reports: Evolution, Determinants, and Capital Market Participants’ Perceptions 500
5th World Conference on Detergents: Reinventing the Industry : Opportunities and Challenges 500
Erzählte Gnade 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8109923
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9517438
关于积分的说明 21512389
捐赠科研通 7686939
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3411387
关于科研通互助平台的介绍 2538535
邀请新用户注册赠送积分活动 2451383