Intercalation Pseudocapacitance of Cation-Exchanged Molybdenum-Based Polyoxometalate for the Fast and Stable Zinc-Ion Storage

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作者
Hwi Jung Kim,Jeong Yeon,Hye Rin Park,Sang Joon Lee,Won Il Kim,Gun Jang,Ho Seok Park
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (7): 9350-9361 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsami.2c21034
摘要

Recently, intercalation pseudocapacitance has received significant interest as an abnormal charge storage mechanism owing to the battery-like intercalation energy storage into the bulk electrodes and the fast charge storage kinetics of electrochemical capacitors. However, intercalation pseudocapacitance of molybdenum-based polyoxometalates (POMs) for high-performance Zn ion battery (ZIB) cathodes is yet to be exploited. Herein, we demonstrate the fast and reversible intercalation pseudocapacitance of vanadium-substituted Keggin-type molybdenum-based POMs (XPMoV), where H of HPMoV is replaced by X cations (X = Li, Na, K, or Rb). This cation exchange allows cation-exchanged XPMoV to exhibit the morphological evolution into an anisotropic rodlike structure and to achieve a pillar effect on the improved chemical and structural integrity. Despite the micron-size rod morphology and the contracted lattice of (100) plane, the intercalation pseudocapacitance kinetics of XPMoV was dominated by the fast surface-confined electrochemistry and became highly reversible after the 1st cycle activation process by co-intercalation of Li+ and Zn2+ ions. Therefore, the ZIB with the KPMoV cathode delivered a high rate capability of 74.0 mAh g–1 at 20,000 mA g–1 and 87% capacity retention over 2000 cycles at 1000 mA g–1, far exceeding HPMoV and other Mo-based cathodes. This study paves the way to design the fast and reversible intercalation pseudocapacitance of POMs and the cation exchange chemistry into the improved (electro)chemical and structural integrity.
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