Boosting zinc-ion storage in vanadium oxide via“dual-engineering” strategy

材料科学 阴极 插层(化学) 电导率 氧化钒 离子 氧化物 扩散 化学工程 纳米技术 无机化学 冶金 物理化学 热力学 工程类 物理 化学 量子力学
作者
Shuchao Zhang,Zhengguang Zou,Yihua Gao,Jing Geng,Min Chen,Wenqin Ling,Fangan Liang,Xiaoxiao Peng,Mengxuan Zhou,Fagang Yu,Shengkun Jia
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:115: 108736-108736 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108736
摘要

Vanadium oxide, with large interlayer spacing and variable oxidation state, has been widely favored by researchers as a promising cathode material for aqueous zinc ion batteries (ZIBs), but its non-ignorable disadvantages such as slow zinc ion diffusion kinetics, fragile structure, and poor electrical conductivity limit the practical application. Herein, it is found via density functional theory (DFT) calculation that the simultaneous introduction of oxygen vacancies and crystalline water can not only improve the conductivity of the vanadium oxide but also significantly reduce the diffusion energy barrier in the process of Zn2+ (de)intercalation. Hence, we employed a feasible over-reduction solvothermal method to introduce more oxygen vacancies and crystalline water into Od-V2O5·4VO2·0.82 H2O (denoted as VHO). Based on the synergistic benefits of this dual engineering strategy, the VHO cathode exhibits impressive performance metrics (194.5 mAh g−1 at 20.0 A g−1). Further, systematic ex-situ characterizations reveal a mechanism for the sequential dominance of Zn2+/H+ (de)intercalation in the VHO cathode, i.e., insertion of Zn2+ dominates high voltages (1.40 −0.70 V) and H+ dominates low voltages (0.70 −0.20 V). The convenient dual-modification strategy is a hopeful one to put forward the application of ZIBs.
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