Critical issues and optimization strategies of vanadium dioxide-based cathodes towards high-performance aqueous Zn-ion batteries

水溶液 阴极 储能 离子 无机化学 化学工程 材料科学 化学 工艺工程 有机化学 工程类 物理化学 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Bao-Fei Wan,Yan‐Jiang Wang,Xiudong Chen,Changchao Zhan,Huixiong Jiang,Jinhang Liu,Yun Gao,Xianxing Jiang,Xiaohua Cao,Hang Zhang,Shi Xue Dou,Yao Xiao
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:16 (19): 8217-8239 被引量:30
标识
DOI:10.1039/d5sc01889g
摘要

Aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) are gaining significant attention due to their excellent safety, cost-effectiveness, and environmental friendliness, making them highly competitive energy storage solutions. Despite these advantages, the commercial application of AZIBs faces substantial challenges, particularly those related to performance limitations of cathode materials. Among potential candidates, vanadium dioxide (VO2) stands out due to its exceptional electrochemical properties and unique crystal structure, rendering it a promising cathode material for AZIB applications. The review summarizes the recent research progress on VO2 in AZIBs, analyzes its crystal structures (tetragonal VO2(A), monoclinic VO2(B, D, M), and rutile VO2(R)), morphology and energy storage mechanisms (Zn2+ insertion/extraction, H+/Zn2+ co-insertion/extraction, and chemical reaction mechanism), and discusses the relationship between the structure and performance. The review also addresses key challenges associated with VO2 as a cathode material, including dissolution, by-product formation, and limited ion diffusion kinetics. To overcome these issues, various optimization strategies are systematically discussed, such as ion/molecule pre-intercalation, composite material fabrication, defect engineering, and elemental doping. Finally, potential research directions and strategies to further enhance the performance and commercial viability of VO2-based cathodes are proposed.
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