Igniting Grotthuss Topochemistry in Hydrated Vanadium Pentoxide for High‐Performance Aqueous Zn‐Ion Batteries

五氧化二铁 材料科学 阴极 水溶液 氧化钒 无机化学 溶解 化学工程 扩散 法拉第效率 电极 电池(电) 电化学 离子 分子 热液循环 化学稳定性 水热合成 析氧 过渡金属 质子输运
作者
Yue Xu,Xue Yang,卜新尧,Yan Guo,Xi Zhang,Danxi Wang,Chengli Sun,Guilan Fan,Xiaojun Gu,Le Yu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (54)
标识
DOI:10.1002/adfm.76502
摘要

ABSTRACT The pursuit of advanced aqueous Zn‐ion batteries (AZIBs) relies on the breakthroughs in cathode materials design. Vanadium pentoxide is considered as a promising cathode owing to the high theoretical specific capacity and open framework. However, its application is hindered by vanadium dissolution and slow Zn 2+ diffusion kinetics. Herein, we report a one‐pot hydrothermal method for the synthesis of 1,10‐phenanthroline intercalated V 2 O 5 · n H 2 O (Phen‐VOH). 1,10‐phenanthroline molecules serve as robust pillars to expand the interlayer spacing and stabilize the structure. Meanwhile, the co‐intercalated structural water creates a hydrogen‐bonding network, which can activate the ultrafast Grotthuss proton transport. Besides, this unique architecture, coupled with abundant oxygen vacancies, significantly enhances Zn 2+ ion diffusion and reaction kinetics. Consequently, the Phen‐VOH electrode delivers an exceptional cycling stability of 20 000 cycles with 75.3% capacity retention and a high capacity of 179.9 mAh g −1 at 10 A g −1 , substantially outperforming the pristine VOH counterpart. This work unlocks a promising strategy for developing high‐performance AZIBs cathodes with exceptional stability and rate capability.
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