Topological Amorphization of VO 2 via Chemical Locking for Durable Aqueous Zinc‐Ion Storage

材料科学 水溶液 无定形固体 阴极 拓扑(电路) 钒 化学工程 化学物理 格子(音乐) 纳米技术 氧化钒 介孔材料 扩散 结晶学 离子 制作 咪唑酯 各向同性 位阻效应 分子工程
作者
Diwen Zhang,Tingting Shuai,Yongxin Sun,Xuelin Yang,Jiaqian Qin,Jin Cao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74779-e74779
标识
DOI:10.1002/adma.74779
摘要

ABSTRACT Although vanadium‐based oxides are promising cathodes for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs), their rigid crystalline lattices suffer from sluggish ion diffusion and rapid capacity decay caused by vanadium dissolution. Here, we report an organic‐driven topological amorphization strategy to construct a resilient and kinetically accelerated cathode. Using levamisole hydrochloride (LMS) as a dual‐functional modulator, strong Lewis's acid‐base interactions (V─N/V─S coordination) generate localized tensile stress that progressively disrupts the long‐range periodic lattice. This targeted lattice cleavage transforms crystalline VO 2 into a short‐range ordered amorphous sponge (denoted as L‐VO 2 ‐0.1), while preserving nanoclustered motifs interconnected through flexible organic “hinges”. The resulting topological architecture simultaneously reconciles the stability‐kinetics trade‐off, where the isotropic 3D open framework enables fast, sterically unimpeded Zn 2+ transport with capacitor‐like kinetics, while the dynamic organic hinges efficiently accommodate volume strain and thermodynamically suppress vanadium dissolution. Consequently, the L‐VO 2 ‐0.1 cathode delivers 481.6 mAh g −1 at 0.5 A g −1 and sustains 12 000 cycles at an extreme rate of 20 A g −1 with 83.5% capacity retention. Furthermore, a dual‐cathode pouch cell achieves a commercial‐grade absolute capacity of 1.15 Ah and a high areal capacity of 7.9 mAh cm −2 under a stringent mass loading (>20 mg cm −2 ), enabling feasible routes toward scalable, durable energy storage devices.
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