A high-capacity and long-life aqueous rechargeable zinc battery using a metal oxide intercalation cathode

水溶液 材料科学 氧化钒 插层(化学) 电极 电池(电) 阴极 氧化物 储能 无机化学 电化学 化学工程 冶金 化学 物理化学 工程类 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Dipan Kundu,Brian D. Adams,Victor Duffort,Shahrzad Hosseini Vajargah,Linda F. Nazar
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:1 (10) 被引量:2428
标识
DOI:10.1038/nenergy.2016.119
摘要

Although non-aqueous Li-ion batteries possess significantly higher energy density than their aqueous counterparts, the latter can be more feasible for grid-scale applications when cost, safety and cycle life are taken into consideration. Moreover, aqueous Zn-ion batteries have an energy storage advantage over alkali-based batteries as they can employ Zn metal as the negative electrode, dramatically increasing energy density. However, their development is plagued by a limited choice of positive electrodes, which often show poor rate capability and inadequate cycle life. Here we report a vanadium oxide bronze pillared by interlayer Zn2+ ions and water (Zn0.25V2O5⋅nH2O), as the positive electrode for a Zn cell. A reversible Zn2+ ion (de)intercalation storage process at fast rates, with more than one Zn2+ per formula unit (a capacity up to 300 mAh g−1), is characterized. The Zn cell offers an energy density of ∼450 Wh l−1 and exhibits a capacity retention of more than 80% over 1,000 cycles, with no dendrite formation at the Zn electrode. High-performing positive electrode materials are crucial for the development of aqueous Zn-ion batteries. Here the authors report a battery based on reversible intercalation of Zn ions in a layered Zn0.25V2O5⋅nH2O-based positive electrode, which exhibits high-capacity and long-term cycling stability.
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