Manganese Intercalation Enabling High-Performance Aqueous Fe–VO2 Batteries

材料科学 插层(化学) 水溶液 化学工程 无机化学 纳米技术 冶金 物理化学 化学 工程类
作者
Shijun Luo,Shaojia Liang,Jianyang Cui,Yan Guo,Baohe Yuan,Lei Xu,Rui Zheng,Junming Li,Wenpeng Yang,Yongsong Luo
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17042
摘要

The aqueous iron ion batteries (AIIBs) are an attractive option for large-scale energy storage applications. However, the inadequate plating and stripping of Fe2+ ions underscore the need to explore more suitable cathode materials. Herein, we optimize the structure of tunnel-like VO2 nanosheets by introducing Mn2+ ion intercalation as a cathode material to enhance their performance in AIIBs. Mn2+ serves as a stabilizing pillar for VO2, which brings some oxygen vacancies to provide extra electrochemically active sites, and accelerates the reversible (de)insertion of Fe2+ ions. In addition, the density functional theory (DFT) calculations show that the introduction of Mn2+ reduces the band gap of VO2 and also decreases the electrostatic interaction between Fe2+ and VO2. Consequently, the VO2 with interlayer Mn2+ pillars (5% MVO) electrodes exhibit a remarkable capacity of 284.32 mAh g-1 at a current density of 0.1 A g-1 and demonstrate excellent cycle life, maintaining 81.7% of their capacity at 1.0 A g-1 after 600 cycles. Therefore, these results offer a promising choice for the cathode material to achieve outstanding electrochemical performance in AIIBs.

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