Electrochemical Activation in Vanadium Oxide with Rich Oxygen Vacancies for High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries

电化学 无机化学 水溶液 氧化钒 离子 氧气 化学 材料科学 析氧 冶金 电极 有机化学 物理化学
作者
Fangan Liang,Min Chen,Shu-Chao Zhang,Zhengguang Zou,Chuanqi Ge,Shengkun Jia,Shangwang Le,Fagang Yu,Jinxia Nong
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (13): 5117-5128 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07655
摘要

Environmental concerns promote the development of sustainable energy storage devices. Resource-rich vanadium oxides with easily adjustable valence still exhibit unsatisfactory electrochemical performance stemming from poor electrical conductivity and friable structure as aqueous zinc-ion battery (AZIB) cathodes. Herein, vanadium oxide (VO-300) enriched with oxygen vacancies is acquired via a convenient solvothermal method in combination with subsequent heat treatment, which exhibits a remarkable rate performance of 411.98 mAh·g–1, and an excellent cycling life for 1500 cycles with 92.8% retention at 10 A·g–1. The enhanced electrochemical performances of VO-300 can be attributed to more oxygen vacancies, which provide more active sites for zinc-ion storage, expand layer spacing, and increase the conductivity of V2O5. More pivotal, the activation phenomenon is analyzed, and a two-carrier conversion insertion mechanism of H+ domination to Zn2+ domination is proposed. Based on this mechanism, the V2O5 is transformed into ZnxV2O5·nH2O as an active material for subsequent zinc-ion storage, leading to faster electrochemical kinetics. This work not only demonstrates the potential application of V2O5 as a zinc-ion cathode but also provides new insights into the zinc-ion storage mechanism.
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