Operando pH Measurements Decipher H+/Zn2+ Intercalation Chemistry in High-Performance Aqueous Zn/δ-V2O5 Batteries

插层(化学) 电化学 水溶液 化学 无机化学 电解质 金属 乙腈 电极 物理化学 色谱法 有机化学
作者
Xu Liu,Holger Euchner,Maider Zarrabeitia,Xinpei Gao,Giuseppe Antonio Elia,Axel Groß,Stefano Passerini
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:5 (9): 2979-2986 被引量:171
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.0c01767
摘要

Vanadium oxides have been recognized to be among the most promising positive electrode materials for aqueous zinc metal batteries (AZMBs). However, their underlying intercalation mechanisms are still vigorously debated. To shed light on the intercalation mechanisms, high-performance δ-V2O5 is investigated as a model compound. Its structural and electrochemical behaviors in the designed cells with three different electrolytes, i.e., 3 m Zn(CF3SO3)2/water, 0.01 M H2SO4/water, and 1 M Zn(CF3SO3)2/acetonitrile, demonstrate that the conventional structural and elemental characterization methods cannot adequately clarify the separate roles of H+ and Zn2+ intercalations in the Zn(CF3SO3)2/water electrolyte. Thus, an operando pH determination method is developed and used toward Zn/δ-V2O5 AZMBs. This method indicates the intercalation of both H+ and Zn2+ into δ-V2O5 and uncovers an unusual H+/Zn2+-exchange intercalation-deintercalation mechanism. Density functional theory calculations further reveal that the H+/Zn2+ intercalation chemistry is a consequence of the variation of the electrochemical potential of Zn2+ and H+ during the electrochemical intercalation/release.
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