Potassium Ammonium Vanadate with Rich Oxygen Vacancies for Fast and Highly Stable Zn-Ion Storage

钒酸盐 无机化学 离子 材料科学 插层(化学) 电化学 扩散 化学 电极 物理化学 冶金 有机化学 物理 热力学
作者
Quan Zong,Qianqian Wang,Chaofeng Liu,Daiwen Tao,Jiangying Wang,Jingji Zhang,Huiwei Du,Junfu Chen,Qilong Zhang,Guozhong Cao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (3): 4588-4598 被引量:233
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c11169
摘要

Vanadium-based materials have been extensively studied as promising cathode materials for zinc-ion batteries because of their multiple valences and adjustable ion-diffusion channels. However, the sluggish kinetics of Zn-ion intercalation and less stable layered structure remain bottlenecks that limit their further development. The present work introduces potassium ions to partially substitute ammonium ions in ammonium vanadate, leading to a subtle shrinkage of lattice distance and the increased oxygen vacancies. The resulting potassium ammonium vanadate exhibits a high discharge capacity (464 mAh g-1 at 0.1 A g-1) and excellent cycling stability (90% retention over 3000 cycles at 5 A g-1). The excellent electrochemical properties and battery performances are attributed to the rich oxygen vacancies. The introduction of K+ to partially replace NH4+ appears to alleviate the irreversible deammoniation to prevent structural collapse during ion insertion/extraction. Density functional theory calculations show that potassium ammonium vanadate has a modulated electron structure and a better zinc-ion diffusion path with a lower migration barrier.
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