Enhancement of De‐Solvation Kinetics on V5O12•6H2O Cathode Through a Bi‐Functional Modification Layer for Low‐Temperature Zinc‐Ion Batteries

阴极 材料科学 电解质 溶剂化 化学工程 动力学 扩散 吸附 离子 电池(电) 化学物理 物理化学 热力学 电极 化学 有机化学 工程类 物理 功率(物理) 量子力学
作者
Xiaodi Jiang,Tongde Wang,Mingze Ji,Donghwan Ji,Shengyuan Deng,Guohua Gao,Jun Shen,Guangming Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202420686
摘要

Abstract Zinc‐ion batteries (ZIBs) show great promise for next‐generation energy storage, but their performance at low temperatures is severely hindered by sluggish desolvation kinetics at cathode‐electrolyte interface. To address this limitation, a zincophilic‐hydrophobic poly(3,4‐ethylenedioxythiophene) (PEDOT) modified layer is proposed on V 5 O 12 •6H 2 O cathode. Ab initio molecular dynamics simulations indicate that this modification strategy promotes Zn 2 ⁺ adsorption and reduces the free energy for dissociating hydrated Zn 2+ to form Zn 2+ at the cathode‐electrolyte interface, across the temperature of 280 to 240 K. As a result, this PEDOT‐modified cathode exhibits significantly improved Zn 2 ⁺ diffusion and desolvation kinetics, delivering superior rate performance with a remarkable capacity of 226.5 mAh g⁻¹ at 40 A g⁻¹. Notably, even at −30 °C, this cathode maintains a high capacity of 268.3 mA g⁻¹ at 0.2 A g⁻¹ and exhibits robust capacity retention (92.4%) over 1,000 cycles at 1 A g⁻¹. This approach markedly improves low‐temperature capacity retention and operational efficiency, highlighting the potential of cathode‐electrolyte interface engineering to advance zinc‐ion batteries performance in cold environments.
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