A Multi‐Colored, Structure‐Tolerant Vanadate Cathode for High‐Performance Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 阴极 钒酸盐 水溶液 电化学 氧化钒 化学工程 储能 电致变色 功率密度 离子 纳米技术 冶金 电极 功率(物理) 化学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Qian Zhang,Shidi Ju,Shaohua Zhang,Shi‐Long Xu,Zhipan Zhang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202404597
摘要

Abstract Vanadium‐based cathode materials for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) have attracted much attention in large‐scale energy storage devices yet their unsatisfactory cyclic stability and slow diffusion rate of Zn 2+ ions during insertion and extraction hinder further commercial applications. Therefore, the development of vanadium‐based cathode materials with stable crystal structures and fast Zn 2+ storage remains challenging. Herein, Na 2 CaV 4 O 12 (NCVO) nanowires are reported as a promising cathode of excellent electrochemical performance in AZIBs, simultaneously rendering high specific capacity (443.2 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ) and high average voltage plateau (0.91 V) with impressive energy density (403.3 Wh kg −1 ) and power density (1533 W kg −1 ). As NCVO features a unique open crystal structure with alternately arranged inactive layers ([NaO 6 ] and [CaO 8 ] polyhedra) and active layers ([VO 4 ] tetrahedra), the expansion of the [VO 4 ] tetrahedra during Zn 2+ insertion is well balanced by the contraction of the inactive layer, thus enabling remarkable long‐term cycling stability (91.9% and 80% capacity retention after 5000 and 10 000 cycles at 10 A g −1 , respectively). With the electrochromic property of the NCVO cathode, the AZIB can further be used for adaptive camouflage under a range of scenarios, shedding light on the future development of high‐performance cathodes for AZIBs.
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