Boosting Aqueous Zn‐Ion Battery Performances with Mg‐Vanadate Positive and Cu‐Metal Organic Framework Negative Electrodes in Inorganic Gel Electrolyte

电解质 钒酸盐 电极 无机化学 水溶液 材料科学 Boosting(机器学习) 离子 电池(电) 化学 物理化学 有机化学 功率(物理) 物理 机器学习 量子力学 计算机科学
作者
Subhrajyoti Debnath,Apurba Maiti,Pappu Naskar,Arijit Dey,Sourav Laha,Anjan Banerjee
出处
期刊:ChemNanoMat [Wiley]
卷期号:11 (9)
标识
DOI:10.1002/cnma.202500077
摘要

Aqueous Zn‐ion batteries (AZIBs) are attractive, cost‐effective, safe, and environmentally friendly energy storage solutions for stationary solar energy applications; offering a balanced combination of energy, power, and durability. A key challenge for AZIBs is the slow diffusion kinetics of divalent Zn 2+ ions within the host lattices. To address this, Mg x V 2 O 5 (MgVO) as the positive and Cu‐BTC metal organic framework (Cu‐BTC MOF) (BTC: benzene‐1,3,5‐tricarboxylic acid) as the negative electrodes are designed, both of which support Zn 2+ ion intercalation/deintercalation. The incorporation of Mg 2+ into the V 2 O 5 layer improves Zn 2+ ion diffusion and enhances electrode stability, mitigating common issues such as layer‐collapse. The Cu‐BTC framework, with its open structure, facilitates efficient Zn 2+ intercalation, significantly improving energy and power characteristics. A MgVO//Cu‐BTC full cell, utilizing a ZnSO 4 ‐silica gel electrolyte, delivers a high energy‐density of 305 Wh kg −1 (@ 394 W kg −1 ) and a notable power‐density of 1773 W kg −1 (@ 87 Wh kg −1 ), with stable cycling performance (≈86% capacity retention) over 200 cycles at 600 mAh g −1 . Additionally, the successful demonstration of a 4.5 V AZIB prototype powering a 3 V light‐emitting‐diode setup under solar charging shows its practical potential. With superior performance, safety, and cost‐effectiveness, this AZIB offers great promise for large‐scale solar energy storage.
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