Tunnel‐Preinserted Guest Zinc Tailoring VO 2 (B) Enhances Zn 2+ /H + Reversible De/intercalation Capability

材料科学 电化学 阴极 溶解 电导率 水溶液 化学工程 离子 扩散 无机化学 氧化钒 电流密度 化学稳定性 纳米技术 电阻率和电导率 电极 电池(电)
作者
Shiwen Wang,Chuang Ma,Junwei Ding,Kang Zhao,Heng Wang,Hewei Luo,Shide Wu,Shaoming Fang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (14) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202515576
摘要

Abstract VO 2 (B) has attracted tremendous attention as a cathode for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs), but its low intrinsic electronic conductivity and uncontrolled vanadium dissolution hinder further practical applications. Herein, Zn 0.03 VO 2 , with guest zinc ions preinserted into the tunnel sites, is demonstrated to enhance the conductivity and cyclability of VO 2 (B). The tailored structure, featuring a modulated electronic configuration, offers enlarged ion diffusion tunnels, improved electronic conductivity, and enhanced electrochemical activity, thereby facilitating the reversible de‐intercalation of Zn 2+ /H + ions, as confirmed by both experimental results and theoretical calculations. Notably, vanadium dissolution is significantly suppressed due to the chemical pre‐insertion of guest zinc, which weakens the interaction between Zn 2+ and host lattice, as well as the homologous ion effect. As a result, Zn 0.03 VO 2 cathode delivers a high capacity of 358 mAh g −1 , particularly at low current density of 0.1 A g −1 , with 85% capacity retention after 300 cycles, excellent rate capability of 175 mAh g −1 at 5 A g −1 , and long cycling stability over 2000 cycles at 20 A g −1 . Moreover, a pseudocapacitive‐dominated Zn 2+ /H + co‐insertion mechanism is conclusively identified through electrochemical and spectroscopic analyses. This work provides valuable insights into ion‐preinserted structural modulation of vanadium oxides for the development of high‐performance AZIBs.
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