Energy storage performance and mechanism of the novel copper pyrovanadate Cu3V2O7(OH)2·2H2O cathode for aqueous zinc ion batteries

阴极 水溶液 储能 电化学 插层(化学) 离子 化学工程 材料科学 无机化学 化学 电极 冶金 物理化学 有机化学 工程类 物理 热力学 功率(物理)
作者
Linlin Chen,Zhanhong Yang,Jian Wu,Hongzhe Chen,Jinlei Meng
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier BV]
卷期号:330: 135347-135347 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2019.135347
摘要

Abstract Aqueous zinc ion batteries (ZIBs) are expected to be used in large-scale energy storage because of their major merits of high-safety, low cost as well as excellent energy density. However, the discovery of high-performance cathode materials and the exploration of zinc storage mechanism are still facing great challenges. Herein, a new cathode material of copper pyrovanadate Cu3V2O7(OH)2·2H2O (CuVO) is demonstrated to be potential in zinc ion storage. A series of ex-situ characterization results reveal a hybrid mechanism involving phase transitions and classical insertion/extraction reaction. First, zinc ions are embedded into CuVO and replace Cu2+ to form a new phase of Zn3(OH)2V2O7·2H2O (ZnVO), and then repeative intercalation of Zn2+ in the ZnVO lattice dominates the subsequent electrochemical reactions. Meantime, a highly conductive Cu0 matrix is generated upon cycling, which effectively enhance the electronic transport. In addition, electrochemical reaction kinetics demonstrate that the CuVO electrode has a significant capacitance contribution and a fast zinc ion solid-state diffusion rate. As a consequence, the CuVO electrode delivers a high specific discharge capacity of 216 mA h g−1 at 0.1 A g−1, and a high capacity retention of 89.3% after 500 cycles at 0.5 A g−1.

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