Uncovering the Fundamental Role of Interlayer Water in Charge Storage for Bilayered V2O5 · nH2O Xerogel Cathode Materials

材料科学 阴极 电极 扩散 储能 化学物理 电荷(物理) 离子 工作(物理) 纳米技术 化学工程 结晶学 物理化学 热力学 有机化学 物理 量子力学 功率(物理) 工程类 化学 冶金
作者
Qiangchao Sun,Hongwei Cheng,Yifei Yuan,Yanbo Liu,Wei Nie,Kangning Zhao,Kun Wang,Wenli Yao,Xionggang Lu,Jun Lü
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (3) 被引量:67
标识
DOI:10.1002/aenm.202202515
摘要

Abstract Interlayer engineering is a promising strategy to modify the structure of layered vanadium‐based oxides with optimized ion‐diffusion capability, during which the role of interlayer crystal water in tuning the charge storage properties should be clarified. Herein, a series of hydrated V 2 O 5 · n H 2 O xerogels with varying contents of interlayer water ( n ) is obtained by differentiating the temperature parameter. Results show that the value n should be properly modified to the best value that is not too large or too small, that is, when n equals 0.26, the V 2 O 5 · n H 2 O electrode exhibits optimized discharge capacity (456.5 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ) and cycling stability with 94.3% retention after 2,000 cycles at 3 A g −1 . Regulation of interlayer water content appears to weaken the electrostatic interaction between the VO framework and intercalated Zn 2+ , which thus enhances the reversibility of the zincation and structural evolution during cycling. Density functional theory calculations suggest that the V 2 O 5 ·0.26H 2 O material with modulated electron structure can provide a favorable electrostatic environment for reversible Zn 2+ diffusion with a lower migration barrier. The findings of this work are expected to arouse more intensive research efforts into the role of structural water in tuning the energy storage performance in various electrode materials.
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