Tunnel‐Preinserted Guest Zinc Tailoring VO2(B) Enhances Zn2+/H+ Reversible De/intercalation Capability

材料科学 插层(化学) 无机化学 结晶学 核化学 冶金 化学
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]
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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