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V2O3@C Microspheres as the High-Performance Cathode Materials for Advanced Aqueous Zinc-Ion Storage

材料科学 阴极 化学工程 电化学 碳化 储能 水溶液 微观结构 电导率 相(物质) 碳纤维 电极 纳米技术 冶金 复合材料 电气工程 扫描电子显微镜 功率(物理) 有机化学 复合数 物理 工程类 物理化学 量子力学 化学
作者
Deqiang Wang,Wenhao Liang,Xuedong He,Yun Yang,Shun Wang,Jun Li,Jichang Wang,Huile Jin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (17): 20876-20884 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21763
摘要

Vanadium oxides attract increasing research interests for constructing the cathode of aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) because of high theoretical capacity, but the low intrinsic conductivity and unstable phase changes during the charge/discharge process pose great challenges for their adoption. In this work, V2O3@C microspheres were developed to achieve enhanced conductivity and improved stability of phase changes. Compounding vanadium oxides and conductive carbon through the in-situ carbonization led to significant improvement of the cathode materials. ZIBs prepared with V2O3@C cathodes produce a specific capacity of 420 mA h g-1 at 0.2 A g-1. A reversible capacity of 132 mA h g-1 was achieved at 21.0 A g-1. After 2000 cycles, the electrode could still deliver a capacity of 202 mA h g-1 at the current of 5.0 A g-1. Besides, the energy density of batteries constructed with the thus-prepared electrodes was about 294 W h kg-1 at 148 W kg-1 power. The in-situ compounding of V2O3 and carbon resulted in a microstructure that facilitated the stable phase transformation of ZnxV2O5-a·nH2O (ZnVOH), which provided more Zn2+ storage activity than the original phase before electrochemical activation. Moreover, the in-situ compositing strategy presents a simple route to the development of ZIB cathodes with promising performance.
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