Construction of amorphous V2O5@Ti3C2Tx synergistic heterostructure on 3D carbon cloth substrate by a self-assembled strategy towards high-performance aqueous Zn-ion batteries

阴极 材料科学 无定形固体 化学工程 异质结 电化学 水溶液 退火(玻璃) 插层(化学) 电极 无定形碳 纳米技术 光电子学 复合材料 无机化学 化学 结晶学 物理化学 工程类
作者
Weiwei Wang,Rui Huang,Peng He,Ruiting Hu,Ling Ran,Yu Tao,Yani Li,Jun Yan
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:653: 472-481 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.09.070
摘要

The emerging aqueous Zn-ion batteries (ZIBs) with their low price and inherent safety are showing strong competitiveness in the energy storage field. In this work, layer-by-layer stacked amorphous V2O5@Ti3C2Tx heterostructures anchored on three-dimensional carbon cloth (3D CC), synthesized by annealing process and subsequent in-situ electrochemical induction, are reported as high capacity and stable cathode for ZIBs. In this composite cathode, amorphous V2O5@Ti3C2Tx synergistic heterostructure provides isotropic Zn2+ migration channels and rapid electron transfer kinetics, while the 3D CC substrate can ensure that the bulk phase in the electrode material is also utilized to maximize the synergistic effect. As a result, the CC/a-V2O5@Ti3C2Tix cathode achieves a high specific capacity of 567 mAh/g at 0.1 A/g, a satisfactory rate performance of 213 mAh/g at 10 A/g, together with a long cycle life of 96.2 % capacity retention after 2000 cycles. Ex-situ characterizations show that the CC/a-V2O5@Ti3C2Tx cathode undergoes a highly reversible Zn2+/H+ co-intercalation/deintercalation mechanism during the discharge/charging process. In addition, based on the CC/a-V2O5@Ti3C2Tx cathode, the assembled flexible ZIB can operate properly under different bending degrees, showing its practicality in flexible devices. This work provides insight into the rational design of cathode materials with high Zn-storage performance.
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