Hydration‐Driven Structural Heterogeneity for Robust Zn 2+ Storage in Vanadium Oxide Cathodes

材料科学 双层 钒 单层 氧化钒 阴极 相变 化学物理 氧化物 相(物质) 离子 亚稳态 水溶液 化学工程 结构稳定性 晶体结构 纳米技术 格子(音乐) 结晶学 动力学 四方晶系 分子动力学 结构变化 膜 Crystal(编程语言) 过渡金属
作者
Ruikai Li,RuiXuan Zhao,Anchun Tang,ChuBin Wan,Xianhe Meng,MeiYing Li,Xiaoyu Hu,Hexiang Zhang,Chengyi Hou,Huijun Zhang,Miaofeng Huang,Yuting Wang,Xin Ju,Yuan Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (19) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adfm.202520415
摘要

Abstract Interlayer modification can effectively tailor the local environment of vanadates and enhance ion migration kinetics in aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs). However, the regulation of various intercalants on the Zn 2+ insertion mechanism and the resulting precise phase evolution are still unknown. Based on the findings, pre‐intercalated Y 3+ ion generates the transition from stable [V 5+ O 5 ] to the metastable [V 4+ O 5 ] due to the charge balance. Interlayer water induces local structure change from [V 4+ O 5 ] to [V 4+ O 6 ], resulting in the reconfiguration from monolayer α‐V 2 O 5 to heterogeneous bilayer δ‐V 2 O 5 ·nH 2 O structure. Notably, the Zn 2+ storage behavior of vanadium is governed by the local structural transformation from [VO 5 ] pyramids to [VO 6 ] octahedra. Correspondingly, the Y‐doped monolayer α‐V 2 O 5 transforms into a wavy‐like γ‐V 2 O 5 , whereas water‐doped bilayer δ‐V 2 O 5 ·nH 2 O maintains its original crystal structure with only interlayer spacing variation. In other words, interlayer water promotes the formation of a stable bilayer structure, preventing lattice distortion and phase transitions during Zn 2 ⁺ insertion/extraction, thereby effectively enhancing cycling stability. The co‐doped V 2 O 5 exhibits a capacity of ≈400 mAh g −1 at 0.1 A g −1 , and an outstanding capacity retention of ≈90% over 3000 cycles. This work offers valuable insights into the local environment modification of advanced cathode materials.
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