Intercalation pseudocapacitance in flexible and self-standing V2O3 porous nanofibers for high-rate and ultra-stable K ion storage

假电容 材料科学 插层(化学) 化学工程 超级电容器 静电纺丝 电化学 法拉第效率 纳米纤维 纳米技术 电极 无机化学 复合材料 物理化学 化学 工程类 聚合物
作者
Ting Jin,Haixia Li,Yang Li,Lifang Jiao,Jun Chen
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:50: 462-467 被引量:191
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.05.056
摘要

Transition metal oxides possess eminently high capacity based on the conversion reaction by delivering multiple electrons. However, they usually demonstrate limited cycle life and inferior rate capability due to the pulverization and aggregation of active materials. V2O3 is considered to be an attractive electrode material due to its intrinsic tunnel structure provided by 3D V-V framework. Herein, a flexible and self-standing electrode of V2O3 nanoparticles embedded in porous N-doped carbon nanofibers (V2O3@PNCNFs) has been fabricated through a facile electrospinning method and subsequent thermal treatment. Electrochemical kinetic analysis, in situ XRD, ab initio molecular dynamics (AIMD) and density functional theory (DFT) calculation suggest that the potassium storage of V2O3 is dominated by intercalation pseudocapacitance and only up to 1 mol K+ can insert into V2O3 crystal. Different from the conversion reaction in conventional transition metal oxides, in the mechanism of intercalation pseudocapacitance, K+ intercalate into the tunnels of V2O3 accompanied by a faradaic charge-transfer with no crystallographic phase change. This mechanism combines short charging/discharging times with long cycle life, which is reported in PIBs for the first time. This work may open up a new avenue for further development of pseudocapacitive nanomaterials for high-rate and ultra-stable energy storage.
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