Design and Performance of Rechargeable Sodium Ion Batteries, and Symmetrical Li‐Ion Batteries with Supercapacitor‐Like Power Density Based upon Polyoxovanadates

材料科学 超级电容器 功率密度 阴极 储能 氧化钒 锂离子电池的纳米结构 电池(电) 有机自由基电池 比能量 电极 离子 氧化还原 氧化物 过渡金属 电化学能量转换 化学工程 纳米技术 电化学 功率(物理) 催化作用 物理化学 化学 热力学 有机化学 物理 冶金 工程类
作者
Jiajia Chen,Jian‐Chuan Ye,Xia‐Guang Zhang,Mark D. Symes,Shao‐Cong Fan,De‐Liang Long,Mingsen Zheng,De‐Yin Wu,Leroy Cronin,Quanfeng Dong
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (6) 被引量:86
标识
DOI:10.1002/aenm.201701021
摘要

Abstract The polyanion Li7V15O36(CO3) is a nanosized molecular cluster (≈1 nm in size), that has the potential to form an open host framework with a higher surface‐to‐bulk ratio than conventional transition metal oxide electrode materials. Herein, practical rechargeable Na‐ion batteries and symmetric Li‐ion batteries are demonstrated based on the polyoxovanadate Li7V15O36(CO3). The vanadium centers in {V15O36(CO3)} do not all have the same VIV/V redox potentials, which permits symmetric devices to be created from this material that exhibit battery‐like energy density and supercapacitor‐like power density. An ultrahigh specific power of 51.5 kW kg−1 at 100 A g−1 and a specific energy of 125 W h kg−1 can be achieved, along with a long cycling life (>500 cycles). Moreover, electrochemical and theoretical studies reveal that {V15O36(CO3)} also allows the transport of large cations, like Na+, and that it can serve as the cathode material for rechargeable Na‐ion batteries with a high specific capacity of 240 mA h g−1 and a specific energy of 390 W h kg−1 for the full Na‐ion battery. Finally, the polyoxometalate material from these electrochemical energy storage devices can be easily extracted from spent electrodes by simple treatment with water, providing a potential route to recycling of the redox active material.
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