Tuning the Kinetics of Zinc‐Ion Insertion/Extraction in V2O5 by In Situ Polyaniline Intercalation Enables Improved Aqueous Zinc‐Ion Storage Performance

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作者
Sucheng Liu,He Zhu,Binghao Zhang,Gen Li,Hekang Zhu,Yang Ren,Hongbo Geng,Yang Yang,Qi Liu,Cheng Chao Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (26) 被引量:445
标识
DOI:10.1002/adma.202001113
摘要

Abstract Rechargeable zinc‐ion batteries (ZIBs) are emerging as a promising alternative for Li‐ion batteries. However, the developed cathodes suffer from sluggish Zn 2+ diffusion kinetics, leading to poor rate capability and inadequate cycle life. Herein, an in situ polyaniline (PANI) intercalation strategy is developed to facilitate the Zn 2+ (de)intercalation kinetics in V 2 O 5 . In this way, a remarkably enlarged interlayer distance (13.90 Å) can be constructed alternatively between the VO layers, offering expediting channels for facile Zn 2+ diffusion. Importantly, the electrostatic interactions between the Zn 2+ and the host O 2− , which is another key factor in hindering the Zn 2+ diffusion kinetics, can be effectively blocked by the unique π‐conjugated structure of PANI. As a result, the PANI‐intercalated V 2 O 5 exhibits a stable and highly reversible electrochemical reaction during repetitive Zn 2+ insertion and extraction, as demonstrated by in situ synchrotron X‐ray diffraction and Raman studies. Further first‐principles calculations clearly reveal a remarkably lowered binding energy between Zn 2+ and host O 2− , which explains the favorable kinetics in PANI‐intercalated V 2 O 5 . Benefitting from the above, the overall electrochemical performance of PANI‐intercalated V 2 O 5 electrode is remarkable improved, exhibiting excellent high rate capability of 197.1 mAh g −1 at current density of 20 A g −1 with capacity retention of 97.6% over 2000 cycles.
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