Achieving Synergetic Anion‐Cation Redox Chemistry in Freestanding Amorphous Vanadium Oxysulfide Cathodes toward Ultrafast and Stable Aqueous Zinc‐Ion Batteries

氧化还原 材料科学 阴极 无定形固体 水溶液 化学工程 电化学 无机化学 纳米技术 电极 化学 物理化学 结晶学 冶金 工程类
作者
Rui Pan,Fuhan Cui,Anqi Zheng,Guoju Zhang,Zhenjing Jiang,Yuwei Xiong,Lei Wei,Qichong Zhang,Litao Sun,Kuibo Yin
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (33) 被引量:45
标识
DOI:10.1002/adfm.202300619
摘要

Abstract Flexible aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) with high safety and low cost hold great promise for potential applications in wearable electronics, but the strong electrostatic interaction between Zn 2+ and crystalline structures, and the traditional cathodes with single cationic redox center remain stumbling blocks to developing high‐performance AZIBs. Herein, freestanding amorphous vanadium oxysulfide (AVSO) cathodes with abundant defects and auxiliary anionic redox centers are developed via in situ anodic oxidation strategy. The well‐designed amorphous AVSO cathodes demonstrate numerous Zn 2+ isotropic pathways and rapid reaction kinetics, performing a high reversible capacity of 538.7 mAhg ‐1 and high‐rate capability (237.8 mAhg ‐1 @40Ag ‐1 ). Experimental results and theoretical simulations reveal that vanadium cations serve as the main redox centers while sulfur anions in AVSO cathode as the supporting redox centers to compensate local electron‐transfer ability of active sites. Significantly, the amorphous structure with sulfur chemistry can tolerate volumetric change upon Zn 2+ /H + insertion and weaken electrostatic interaction between Zn 2+ and host materials. Consequently, the AVSO composites display alleviated structural degradation and exceptional long‐term cyclability (89.8% retention after 20 000 cycles at 40 Ag ‐1 ). This work can be generally extended to various freestanding amorphous cathode materials of multiple redox reactions, inspiring development of designing ultrafast and long‐life wearable AZIBs.
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