Dual Regulation of Bulk Heterostructure and Engineered Cathode‐Electrolyte Interphase in Vanadium Cathodes for Durable Zinc Storage

材料科学 阴极 相间 异质结 电化学 储能 原位 纳米技术 电化学储能 化学工程 耐久性 水溶液 图层(电子) 活化能 法拉第效率 过渡金属 降级(电信) 氧化钒 动力学 电极
作者
Dapeng Wang,Chang Wen,Tianyu Liu,Yuting Wu,Yibing Wei,Jing Tu,Guangyue Zhu,Zijian Zhou,Zhengkai Tu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (12) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/adfm.202518162
摘要

Abstract Vanadium‐based cathodes for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) face critical challenges in practical capacity and low‐current‐density cycling stability. Herein, a synergistic strategy is introduced that overcomes these limitations through the co‐engineering of an activatable bulk precursor and a dynamic in situ‐formed interface. A porous, V 3+ ‐rich 0.3CaV 2 O 4 ‐0.7V 2 O 3 heterostructure (CaVO‐4) specifically designed to undergo a profound in situ electrochemical activation into highly active phases is first constructed. Concurrently, by leveraging supplemental SO 4 2− in the electrolyte, a stable CaSO 4 ·2H 2 O cathode‐electrolyte interphase (CEI) layer is formed in situ via reaction with Ca 2+ released during cycling. By serving a dual role, the CEI ensures structural durability and simultaneously enables the intrinsic kinetics of the bulk. This “bulk‐to‐interface” synergy manifests in electrochemical performance, including 89.3% capacity retention over 300 cycles at 0.5 A g −1 , an extraordinary rate capability of 424.4 mAh g −1 at 20 A g −1 , and a high specific capacity of 479.2 mAh g −1 at 0.2 A g −1 . Advanced characterizations, including in situ XRD and ex situ XPS/XAFS, combined with DFT calculations, unravel the synergistic mechanisms underpinning the enhanced Zn 2+ storage. This work pioneers a paradigm that unites rational bulk activation with interfacial self‐optimization, providing a strategy for durable, high‐performance cathodes in advanced energy storage.
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