Polyaniline intercalation induced great enhancement of electrochemical properties in ammonium vanadate nanosheets as an advanced cathode for high-performance aqueous zinc-ion batteries

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作者
Yuanxia Li,Yu Liu,Ji Chen,Qiaoji Zheng,Yu Huo,Fengyu Xie,Dunmin Lin
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:448: 137681-137681 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.137681
摘要

• The P-NVO cathode delivers a high reversible capacity of 300 mAh g −1 at 10 A g −1 . • The P-NVO cathode shows an excellent energy density of 158 Wh kg −1 . • The role of the Zn 3 (OH) 2 V 2 O 7 ·2H 2 O in the Zn 2+ storage mechanism is revealed. • The morphology transformation of the P-NVO is studied. Layer-structured ammonium vanadate (NH 4 V 3 O 8 ·0.5H 2 O) has attracted wide attention as one of the most promising cathode candidates for rechargeable aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) due to its tunable two-dimensional (2D) layered structures; however, its sluggish Zn 2+ diffusion dynamics and poor cycling stability inhibit the electrochemical properties of the material. Herein, we design the organic (polyaniline) -inorganic (ammonium vanadate) hybrid cathodes with expanded interlayer spacing by intercalating polyaniline into the interlayer of NH 4 V 3 O 8 ·0.5H 2 O. Importantly, the interlayer distance of NH 4 V 3 O 8 ∙0.5H 2 O is remarkably enlarged form 7.9 Å to 10.8 Å by polyaniline intercalating, offering fast channels for Zn 2+ diffusion. Moreover, the polyaniline-intercalated hybrid material presents weak crystallinity and ultra-thin nanosheets morphology and owns high content of oxygen defect, which endows it with more Zn 2+ active sites to improve the electrochemical kinetics of the electrode material. Benefitting from the above, the obtained organic–inorganic hybrid electrode exhibits excellent electrochemical properties, giving a high initial capacity of 397.5 mAh g −1 at 1 A g −1 and an excellent cycling stability of 300 mAh g −1 at current density of 10 A g −1 with the capacity retention of 95% over 1000 cycles. This study proposes an important guidance for the design of advanced cathodes of aqueous rechargeable zinc-ion batteries by tailoring the morphology and crystal characteristics of the materials.
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