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Carbon reduction assist structured preparation stable three-dimensional V6O13 for durable aqueous zinc-ion batteries

材料科学 阴极 溶解 正交晶系 电化学 扩散 化学工程 碳纤维 水溶液 纳米技术 无机化学 电极 冶金 复合数 晶体结构 结晶学 复合材料 物理化学 热力学 化学 物理 工程类
作者
Ming Chen,Hideo Kimura,Xu Yang,Hai‐Hua Huang,Chuanxin Hou,Xiubo Xie,Fanchao Meng,Xueqin Sun,Ping Ren,Wei Du,Xiao‐Yang Yang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:580: 233332-233332 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233332
摘要

Among various zinc-ion batteries (ZIBs) cathodes, vanadium-based oxides have received a great deal of research due to their high theoretical specific capacity. However, the severe problem of dissolution and sluggish kinetics of Zn2+ diffusion in vanadium-based oxides limit their further development as cathode materials for ZIBs. Herein, a novel monoclinic V6O13 nanoflowers (VONs) cathode is synthesized via an in-situ surface carbon reduction method from orthorhombic V2O5 at specific temperature. Benefiting from the intrinsic open tunnel-like structure and mixed states V4+/V5+ of V6O13, which are beneficial to facilitate the diffusion of Zn2+ and improve electronic conductivity of VONs. In addition, the dissolution of vanadium in VONs is suppressed remarkably. Based on the synergy of the advantages, the ZIBs with VONs electrode show excellent electrochemical performances, including high specific capacity (420 mAh g−1 at 0.2 A g−1) and rate capability, especially long-term cycling stability (above 88.9% capacity retention after 6000 cycles). Moreover, the kinetics and mechanism of the Zn2+ storage and diffusion in VONs have been investigated by combining experimental data with density functional theory (DFT) calculations. This in-situ preparation strategy provides a new approach to regulate the structure and phase of vanadium-based oxides to meet the requirements of high-performance ZIBs.
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