Modulating vacancies concentration ratio of cationic and anionic in WO3 for driving high performance magnesium ions storage

材料科学 阳离子聚合 空位缺陷 电化学 离子 电极 阴极 扩散 吸附 化学物理 化学工程 结晶学 物理化学 热力学 冶金 有机化学 高分子化学 化学 物理 工程类
作者
Xin Dai,Yuxin Tian,Alan Meng,Lei Wang,Guicun Li,Jianfeng Huang,Xiaohu Yu,Shiqi Ding,Zhenjiang Li
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:57: 125-135 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.02.014
摘要

Vacancy engineering is an efficient strategy for optimizing the electrochemical performance of electrodes for energy storage devices. However, it is still a challenge for modulating the concentration ratio of cationic vacancies and anionic vacancies in the electrode via a simple method for enhancing the electrochemical performance. Herein, cationic (W) vacancies and anionic (O) vacancies are constructed in WO3 simultaneously, and the concentration ratio of W and O vacancies is modulated by adding various content of glucose to regulate the W vacancies concentration via at a fixed O vacancies concentration. The characterization and DFT results confirm that moderate concentration ratio of W and O vacancies would not only expose more active sites, enhance the electronic conductivity and electrostatic potential, but also inhibit the vacancies gathering to maintain structural stability. In addition, the O□O bonding induced via moderate content of W vacancies owns rich-anionic environment to adsorb more Mg2+ as well as reduces electrostatic repulsive-force between Mg2+ and cationic lattice to facilitate Mg2+ diffusion. Therefore, the moderate concentration ratio of W and O vacancies make VW-O/WO3–1.0 cathode achieve high specific capacity of about 100 mAh g−1 at 50 mA g−1, excellent rate capacity of 37.7 mAh g−1 at 500 mA g−1 and ultralong cycling life about 1500 cycles. These findings raise the possibility for designing advanced electrodes through vacancy species and controllable concentration engineering.
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