Intercalated polyaniline in V2O5 as a unique vanadium oxide bronze cathode for highly stable aqueous zinc ion battery

材料科学 聚苯胺 阴极 氧化钒 青铜色 无机化学 电池(电) 水溶液 化学工程 离子 氧化物 聚合物 复合材料 冶金 物理化学 化学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学 聚合
作者
Rui Li,Fei Xing,Tianyu Li,Huamin Zhang,Jingwang Yan,Qiong Zheng,Xianfeng Li
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:38: 590-598 被引量:240
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.004
摘要

Layered vanadium oxides have been promising cathodes for rechargeable aqueous zinc ion batteries (AZIBs) owing to multiple valences of vanadium and relatively high interplanar spacing. However, it undergoes significant capacity decay due to vanadium dissolution and structural instability during cycling, especially at low current densities. Herein, PANI-intercalated V2O5 ((PANI)xV2O5, PAVO) hybrid bronzes with an ultra-high interlayer spacing of 13.9 Å for use as an AZIB cathode have been reported. The inserted polyaniline not only acts as structural pillars because of the hydrogen bond between -NH2 group and V-O layer but also plays the role of ‘H+’ reservoir to prevent V-O matrix from H+ attacking. Accordingly, PAVO cathode delivers a specific capacity of 350 mAh g−1 with a capacity of ~90% over 100 cycles at a current density of 0.1 A g−1, which operates for about 1 month. This study unveils the dissolution mechanism of vanadium-based electrodes and improves the stability and electronic conductivity with organic molecule intercalation. Besides, the intercalation of guest molecule generates pros and cons (favorable higher interlayer, while adverse steric hindrance) to the Zn2+ diffusion and accordingly presents a different rate performance when compared to most of the previously reported work. Therefore, a new set of molecular-scale hybrid bronzes would be designed to achieve an optimized performance in the future.
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