The 3D Flower–Like MnV12O31·10H2O as a High‐Capacity and Long‐Lifespan Cathode Material for Aqueous Zinc‐Ion Batteries

阴极 插层(化学) 材料科学 水溶液 X射线光电子能谱 化学工程 电池(电) 离子 离域电子 无机化学 化学 物理化学 物理 功率(物理) 工程类 有机化学 量子力学
作者
Ran Yan,Jie Ren,Zhi Chao Yang,Huaping Zhao,Yude Wang,Yong Lei
出处
期刊:Small structures [Wiley]
卷期号:4 (11) 被引量:50
标识
DOI:10.1002/sstr.202300136
摘要

Selecting the right cathode material is a key component to achieving high‐energy and long‐lifespan aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs); however, the development of cathode materials still faces serious challenges due to the high polarization of Zn 2+ . In this work, MnV 12 O 31 ·10H 2 O (MnVO) synthesized via a one‐step hydrothermal method is proposed as a promising cathode material for AZIBs. Because the stable layered structure and hieratical morphology of MnVO provide a large layer space for rapid ion transports, this material exhibits high specific capacity (433 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ), an outstanding long‐term cyclability (5000 cycles at a current density of 3 A g −1 ), and an excellent energy density (454.65 Wh kg −1 ). To illustrate the intercalation mechanism, ex situ X‐Ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, and X‐ray photoelectron spectroscopy are adopted, uncovering an H + /Zn 2+ dual‐cation co‐intercalation processes. In addition, density‐functional theory calculation analysis shows that MnVO has a delocalized electron cloud and the diffusion energy barrier of Zn 2+ in MnVO is low, which promotes the Zn 2+ transport and consequently improves the reversibility of the battery upon deep cycling. The key and enlightening insights are provided in the results for designing high‐performance vanadium‐oxide‐based cathode materials for AZIBs.
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