In‐Situ Electrochemically Activated Surface Vanadium Valence in V2C MXene to Achieve High Capacity and Superior Rate Performance for Zn‐Ion Batteries

材料科学 阴极 价(化学) 法拉第效率 氧化钒 离子 电导率 化学工程 功率密度 氧化物 纳米技术 电化学 冶金 电极 物理化学 热力学 功率(物理) 物理 量子力学 工程类 化学
作者
Ying Liu,Yue Jiang,Zhe Hu,Jian Peng,Wei‐Hong Lai,Dianlun Wu,Shouwei Zuo,Jing Zhang,Bin Chen,Ziwen Dai,Yingguo Yang,Yang Huang,Wei Zhang,Wei Zhao,Wang Zhang,Lei Wang,Shulei Chou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (8) 被引量:228
标识
DOI:10.1002/adfm.202008033
摘要

Abstract Vanadium‐based materials are fascinating potential cathodes for high energy density Zn‐ion batteries (ZIBs), due to their high capacity arising from multi‐electron redox chemistry. Most vanadium‐based materials suffer from poor rate capability, however, owing to their low conductivity and large dimension. Here, we propose the application of V 2 C MXene (V 2 CT x ), a conductive 2D nanomaterial, for achieving high energy density ZIBs with superior rate capability. Through an initial charging activation, the valence of surface vanadium in V 2 CT x cathode is raised significantly from V 2+ /V 3+ to V 4+ /V 5+ , forming a nanoscale vanadium oxide (VO x ) coating that effectively undergoes multi‐electron reactions, whereas the inner V‐C‐V 2D multi‐layers of V 2 CT x are intentionally preserved, providing abundant nanochannels with intrinsic high conductivity. Owing to the synergistic effects between the outer high‐valence VO x and inner conductive V‐C‐V, the activated V 2 CT x presents an ultrahigh rate performance, reaching 358 mAh g −1 at 30 A g −1 , together with remarkable energy and power density (318 Wh kg −1 /22.5 kW kg −1 ). The structural advantages of activated V 2 CT x are maintained after 2000 cycles, offering excellent stability with nearly 100% Coulombic efficiency. This work provides key insights into the design of high‐performance cathode materials for advanced ZIBs.
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