Lattice‐Interface Dual Engineering Unlocking Quasi‐Zero‐Strain and High‐Rate Zinc‐Ion Storage in Polyanionic Cathode

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作者
Qiaofeng Huang,Sheng Ouyang,Jiarui Lin,Rui Jiang,Jiajie Zhou,Xiaoyan Shi,Junling Xu,Lianyi Shao,Zhipeng Sun
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:13 (17): e21583-e21583 被引量:1
标识
DOI:10.1002/advs.202521583
摘要

The advancement of aqueous zinc-ion batteries is hindered by the performance of cathode. Na3V2O2(PO4)2F has attracted increasing attention for its advantages, including a high voltage plateau, large ion diffusion channels, and outstanding structural stability. However, its inadequate electronic conductivity causes undesired cycling performance and rate capability. In this work, a microwave hydrothermal-assisted high-temperature calcination has been utilized to obtain Li-doped Na3V2O2(PO4)2F coated with N-doped carbon (N2.85L0.15VOPF@NC). Theoretical calculations and experimental data demonstrate that the co-modification of Li doping and carbon coating results in favorable morphological integrity, increased electronic conductivity, reduced Zn2+ migration barrier, and high average Zn2+ diffusion coefficient, contributing to superior electrochemical properties. N2.85L0.15VOPF@NC exhibits a significantly enhanced performance with reversible capacities of 151.9 and 47.2 mAh g-1 at 0.5 and 5 A g-1 over 80 and 4,000 cycles, respectively. The soft package batteries also exhibit a stable reversible capacity of 56.4 mAh g-1 after 700 cycles. In situ electrochemical impedance spectroscopy uncovers the lattice strain release as an intrinsic factor in capacity enhancement, facilitating the ionic and electrical diffusion processes. In situ X-ray diffraction, ex situ X-ray photoelectron spectroscopy, and transmission electron microscopy account for the quasi-zero-strain behavior (volume change rate of 1.04%) and the reversible Zn2+ insertion/extraction mechanism.
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