26-electrons redox-active polyoxovanadate clusters for aqueous zinc-ion batteries

阴极 材料科学 氧化还原 水溶液 溶解 离子键合 离子 纳米技术 电子转移 电子传输链 化学工程 化学 冶金 物理化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Yimin Xing,Wen Yan,Haiyang Wu,Peng Huang,Chao Wang,Chao Lai
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (5): 4047-4054 被引量:6
标识
DOI:10.1007/s12274-023-6286-6
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) are attaining increasing attention for their high safety and low cost. Despite significant progresses in realizing high-performance cathode material for ZIBs, simultaneously endowing them with high capacity and fast-charging capability, the long-term cycling stability remains a major unsolved challenge. In this work, a polyoxovanadate cluster of (NH4)8[V19O41(OH)9]·11H2O (NOV) is defined as a cathode material for ZIBs that contains mixed-valence vanadium sites (V4+ and V5+). A maximum of 26 electrons can be accommodated in one [V19O41(OH)9]8− {V19O50} cluster, contributing to the high theoretical specific capacity of 328 mA·h·g−1. The Ti3C2Tx MXene nanosheets are incorporated into NOV with the help of ionic liquid (IL) linkers to restrain the dissolution of vanadium species and facilitate electron transport across the electrode. The interfacial bonding, anion exchange, and electrostatic interactions among NOV and MXene are provided by IL liquid. The nanohybrid of NOV-IL-MXene endows excellent contact between MXene and NOV, thereby enhanced charge transfer is observed at interface. Subsequently, the as-synthesized NOV-IL-MXene cathodes exhibit high discharge capacity of 413 mA·h·g−1 at 0.2 A·g−1 even at high mass loading of 5.2 mg·cm−2, remarkable rate performance of 182 mA·h·g−1 at 10 A·g−1, and impressive cycling stability of 94% capacity retention after 2000 cycles. This work opens up new opportunities to develop advanced polyoxovanadate hybrid cathodes for low-cost and high-performance aqueous ZIBs.
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