Ultra-stable aqueous nickel-ion storage achieved by iron-ion pre-introduction assisted hydrated vanadium oxide cathode

材料科学 阴极 水溶液 氧化钒 离子 无机化学 氧化物 氧化镍 化学工程 冶金 化学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Hongyan Zhou,Xiaotong Yan,Lingyi Ding,Jianguo Li,Yan Jin,Yunbo Li,Youzhong Dong,Qinghua Fan,Quan Kuang,Yu‐Jun Zhao,Yanming Zhao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:68: 103340-103340 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103340
摘要

Aqueous Nickel-ion batteries (ANIBs) are attractive prospects for next-generation energy storage devices, but their development is hindered by deficient satisfactory cathode materials and undefined reaction mechanisms. Herein, a novel layered vanadium oxide with Fe3+-ions pillars (Fe0.29V2O5·0.57H2O, FVO) is developed and innovatively used for effective Ni2+ ion storage. The large interlayer spacing and abundant oxide vacancies of FVO can provide broad ion migration channels and rich ion storage sites. The pre-intercalated Fe3+-ions can firmly support the integrity of the layered structure by Fe-O bonds to achieve excellent cyclic stability. RGO is further introduced to construct the FVO@G composite to improve the conductivity and stability of the FVO electrode. As a result, the FVO@G electrode exhibits exceptional Ni2+ storage performance of 169.8 mAh g−1 at 0.5C and ultrahigh capacity retention of 91.9% after 320 cycles at 10C. The Ni2+ storage mechanism in FVO@G is clarified by in-situ XRD and ex-situ Raman, ex-situ XPS techniques, the results show that FVO@G undergoes a phase transition accompanied by an expansion of the interlayer spacing upon the first charging, and the electrodes display a high degree of structural reversibility and a negligible volume expansion during the subsequent cycles. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations show that FVO provides efficient diffusion paths along the b-axis with ultrafast transport kinetics. This work is a significant step in ANIBs research and provides valuable insights for the design of high-performance ANIBs cathode material.
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