Tailoring Local Chemical Coordination in Vanadium Pentoxide to Enable High Efficiency Zinc Ion Storage

五氧化二铁 阴极 材料科学 电化学 水溶液 离子 空位缺陷 电导率 化学稳定性 协调数 无机化学 化学工程 电极 物理化学 化学 结晶学 冶金 有机化学 工程类
作者
Yinghao Yuan,Jidong Ma,Yongxin Su,Jian Cui,Houan Zhang,Chaofeng Liu,Guozhong Cao
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:170 (11): 110515-110515 被引量:3
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ad05e3
摘要

Vanadium oxides-based materials are one of promising cathode materials for aqueous zinc ion batteries (AZIBs) owing to their various chemical coordination and oxidation states rendering high theoretical specific capacity. However, the poor electronic conductivity and structural instability limit their practical application in AZIBs. In this study, these drawbacks of vanadium pentoxide are mitigated by introducing Al ions into the interlayer space (V 2 O 5 -Al). Compared with pristine V 2 O 5 , the V 2 O 5 -Al possesses an increased proportion of oxygen vacancy and improved diffusivity because of the tailored local chemical coordination and the strong chemical bonding from Al-O bonds. First-principles calculations suggest that pre-inserted Al ions embedded into the V 2 O 5 layers enhances structural stability and improves the electrical conductivity of V 2 O 5 . While used as cathode for AZIBs, V 2 O 5 -Al electrode delivers a high capacity of 260 mAh g −1 at 4 A·g −1 and the 108% initial capacity maintained over 4400 cycles as well as an energy density of 260 Wh·kg −1 at 405 W·kg −1 based on the cathode. These superior electrochemical suggest the as-prepared Al-doped V 2 O 5 hold great potential as the promising low-cost cathode materials in the ZIBs.
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