Saturn-like N-Doped VS2 Cathode with a Three-Step Deintercalation Mechanism under a Wide Voltage Range for Enhancing the Electrochemical Kinetics of Zinc-Ion Batteries

材料科学 电化学 阴极 兴奋剂 离子 密度泛函理论 土星 纳米技术 电极 化学工程 光电子学 物理化学 化学 计算化学 有机化学 工程类 物理 行星 天体物理学
作者
Huayu Wu,Xiaoyu Wu,Rui Wang,Xing Chen,Rongguan Lv,Lele Fan,Fanjie Kong,Lubin Ni,Guowang Diao,Rong Xing,Ming Chen
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (25): 9461-9473 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c02506
摘要

Saturn-like (SL) N-doped VS2 as a cathode material for aqueous zinc-ion batteries (ZIBs) is synthesized into hollow mesoporous carbon spheres via a confinement growth strategy. SL VS2@CS shows a novel three-step deintercalation process at a wide voltage range (0–1 V), which efficiently enhances the Zn2+ storage capacity. In addition, the confined effect of SL VS2@CS can emphatically inhibit the pulverization and volume effect induced by massive Zn2+ insertion, and the finite element simulation confirms that the Saturn-like structure can alleviate the stress distribution caused by the zincification process. The density functional theory calculation verifies that the N-doped VS2@CS greatly reduces the migration energy barrier. The electrochemical reaction process and structure evolution of SL VS2@CS in ZIBs are analyzed by ex situ methods, which demonstrate the three-step deintercalation mechanism and highly reversible process. The soft-package ZIBs assembled with SL VS2@CS as the cathode exhibit the potential for practical application with superior cycling stability (322.2 mA h g–1 at 0.5 C, 500 cycles) and good rate performance.
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