Fast zinc-ion storage enabled by hydrophobic alkyl chains via reducing dual diffusion barriers

材料科学 烷基 插层(化学) 水溶液 扩散 化学工程 溶解 离子 纳米技术 无机化学 有机化学 化学 工程类 物理 冶金 热力学
作者
Huibin Liu,Xiaohan Hou,Tiantian Fang,Xinyu Luo,Yan Li,Xuewen Hu,Zhuo Chen,Yang Li,Wenchao Peng,Xiaobin Fan
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:65: 103092-103092 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.103092
摘要

Vanadium-based aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) represent a highly promising solution for large-scale energy storage applications. For fast zinc-ion storage within the V2O5 cathode and mitigating its structural degradation, hydrophobic alkyl chains are pre-intercalated into V2O5. In particular, the synthesized tetraethylammonium pre-intercalated V2O5 (TEAVO) delivers a remarkable capacity of 470.9 mA h g–1 a 0.2 A g–1, especially excellent rate capability of 307.8 mA h g−1 at 10 A g–1 over 5,000 cycles (98.3 % capacity retention). Thorough investigations elucidate the multiple roles of the alkyl chains, including the inhibition of H2O insertion, facilitation of Zn2+ desolvation, and suppression of vanadium dissolution fundamentally. The combination of ex/in-situ characterizations and density functional theory (DFT) calculations has also unraveled the dual roles of the alkyl chains in reducing Zn2+ diffusion barriers. Notably, the diffusion barriers governing the entire Zn2+ insertion process have been determined for the first time at least for TEAVO. This pioneering work presents novel insights into the organic pre-intercalation, and sheds light on the advancement of AZIBs technology.
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