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 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:126
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 V2O5 xerogel cathode, Zn0.1V2O5·nH2O (ZnVO), with excellent capacity and stability using a low-cost ZnSO4 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 V2O5 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 Zn4(SO4)(OH)6·5H2O with ZnSO4 electrolyte on the surface of ZnVO; the intercalated Zn2+ forms aquo complex [Zn(H2O)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 V2O5 structure, and dual Zn2+/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
1秒前
IMPRESSED发布了新的文献求助10
3秒前
yetong发布了新的文献求助10
7秒前
慕青应助面包小狗采纳,获得10
7秒前
yunfulu29发布了新的文献求助20
8秒前
老顽童给老顽童的求助进行了留言
8秒前
三分糖阿华田完成签到,获得积分10
8秒前
Allare完成签到,获得积分20
11秒前
vryual发布了新的文献求助10
12秒前
今后应助xxx采纳,获得10
13秒前
14秒前
crane完成签到,获得积分10
14秒前
gun去学习完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
16秒前
山姆弟弟发布了新的文献求助10
17秒前
无花果应助Niki采纳,获得10
18秒前
19秒前
NexusExplorer应助hellobaboon采纳,获得10
20秒前
21秒前
21秒前
橡树果完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
卡奇Mikey完成签到,获得积分10
22秒前
1122完成签到 ,获得积分10
24秒前
Fighting完成签到 ,获得积分10
24秒前
豆本豆发布了新的文献求助10
25秒前
等等发布了新的文献求助10
25秒前
26秒前
虚心的雁完成签到,获得积分10
26秒前
香蕉觅云应助未来采纳,获得10
27秒前
Hello应助ljm采纳,获得10
29秒前
阿文完成签到,获得积分10
30秒前
31秒前
lh完成签到 ,获得积分10
32秒前
郭逍遥发布了新的文献求助10
33秒前
bkagyin应助燕子非采纳,获得50
33秒前
hunter发布了新的文献求助10
33秒前
李健的小迷弟应助潘雪晴采纳,获得10
34秒前
34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
PowerCascade: A Synthetic Dataset for Cascading Failure Analysis in Power Systems 2000
Picture this! Including first nations fiction picture books in school library collections 1500
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Unlocking Chemical Thinking: Reimagining Chemistry Teaching and Learning 555
CLSI M100 Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing 36th edition 400
Cancer Targets: Novel Therapies and Emerging Research Directions (Part 1) 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6361310
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8175154
关于积分的说明 17221069
捐赠科研通 5416188
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2866187
邀请新用户注册赠送积分活动 1843480
关于科研通互助平台的介绍 1691442