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In Situ Electrochemically Oxidative Activation Inducing Ultrahigh Rate Capability of Vanadium Oxynitride/Carbon Cathode for Zinc-Ion Batteries

材料科学 阴极 原位 碳纤维 化学工程 离子 无机化学 冶金 复合材料 有机化学 化学 复合数 工程类 物理化学
作者
Jiaxiang Chi,Hai Xu,Jiuqing Wang,Xueqing Tang,Shuang Yang,Bing Ding,Hui Dou,Xiaogang Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (3): 4061-4070 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19457
摘要

As a promising candidate for large-scale energy storage, aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) still lack cathode materials with large capacity and high rate capability. Herein, a spherical carbon-confined nanovanadium oxynitride with a polycrystalline feature (VNxOy/C) was synthesized by the solvothermal reaction and following nitridation treatment. As a cathode material for ZIBs, it is interesting that the electrochemical performance of the VNxOy/C cathode is greatly improved after the first charging process viain situ electrochemically oxidative activation. The oxidized VNxOy/C delivers a greatly enhanced reversible capacity of 556 mAh g–1 at 0.2 A g–1 compared to the first discharge capacity of 130 mAh g–1 and a high capacity of 168 mAh g–1 even at 80 A g–1. The ex situ characterizations verify that the insertion/extraction of Zn2+ does not affect the crystal structure of oxidized VNxOy/C to promise a stable cycle life (retain 420 mAh g–1 after 1000 cycles at 10 A g–1). The experimental analysis further elucidates that charging voltage and H2O in the electrolyte are curial factors to activate VNxOy/C in that the oxygen replaces the partial nitrogen and creates abundant vacancies, inducing a conversion from VNxOy/C to VNx–mOy+2m/C and then resulting in considerably strengthened rate performance and improved Zn2+ storage capability. The study broadens the horizons of fast ion transport and is exceptionally desirable to expedite the application of high-rate ZIBs.
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