Polar Organic Molecules Inserted in Vanadium Oxide with Enhanced Reaction Kinetics for Promoting Aqueous Zinc‐Ion Storage

材料科学 溶剂化 动力学 扩散 分子 电解质 水溶液 离子 位阻效应 化学工程 物理化学 电极 有机化学 热力学 化学 物理 量子力学 工程类 冶金
作者
Xiaojun Cheng,Zhengpeng Xiang,Yang Chen,Youyi Li,Lei Wang,Qi Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (9) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/adfm.202311412
摘要

Abstract The Zn 2+ sluggish kinetics resulting from high desolvation barriers of Zn(H 2 O) 6 2+ in the electrode/electrolyte interface restricts the practical application of Zn‐ion batteries (ZIBs). Herein, ethylene glycol (EG) molecules are inserted into V 2 O 5 ·3H 2 O to form V‐EG nanoarray structures to improve the Zn 2+ diffusion rate. Unlike most efforts focused on improving interlayer spacing and structural stability, the influence of EG on the Zn 2+ desolvation and Zn 2+ storage process are the main goals. Based on experimental and theoretical analysis, EG molecules are confirmed to participate in the reshaping of V 2 O 5 ·3H 2 O morphology and Zn 2+ solvation structure, which is beneficial to enhance the reaction kinetics and specific capacity. The polar group of the EG molecule leads it anchored in the VO skeleton and decreases the desolvation energy, while the steric hindrance of the low polarity group liberalizes Zn 2+ transfer reversibly in the VO skeleton. Therefore, V‐EG delivers a higher ion diffusion coefficient and lower kinetic barrier. As expected, V‐EG exhibits a high specific capacity of 553 mA h g −1 at 0.3 A g −1 and a long cycle life of 10 000 cycles at 20 A g −1 . This work provides a strategy to decrease the desolvation energy of Zn 2+ in the interface of cathode materials toward advanced ZIBs.
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