Proton Intercalation/De‐Intercalation Dynamics in Vanadium Oxides for Aqueous Aluminum Electrochemical Cells

插层(化学) 无机化学 电化学 水溶液 化学 质子 材料科学 电极 物理化学 冶金 量子力学 物理
作者
Qing Zhao,Luojia Liu,Jiefu Yin,Jingxu Zheng,Duhan Zhang,Jun Chen,Lynden A. Archer
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (8): 3048-3052 被引量:171
标识
DOI:10.1002/anie.201912634
摘要

Understanding cation (H+ , Li+ , Na+ , Al3+ , etc.) intercalation/de-intercalation chemistry in transition metal compounds is crucial for the design of cathode materials in aqueous electrochemical cells. Here we report that orthorhombic vanadium oxides (V2 O5 ) supports highly reversible proton intercalation/de-intercalation reactions in aqueous media, enabling aluminum electrochemical cells with extended cycle life. Empirical analyses using vibrational and x-ray spectroscopy are complemented with theoretical analysis of the electrostatic potential to establish how and why protons intercalate in V2 O5 in aqueous media. We show further that cathode coatings composed of cation selective membranes provide a straightforward method for enhancing cathode reversibility by preventing anion cross-over in aqueous electrolytes. Our work sheds light on the design of cation transport requirements for high-energy reversible cathodes in aqueous electrochemical cells.
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