Short‐Range‐Ordered VO 6 Oxides with Oxygen Vacancy‐Free Frameworks Boost Zinc‐Ion Battery Performance

八面体 材料科学 氧化钒 空位缺陷 阴极 无定形固体 四面体 离子 氧气 化学工程 无机化学 结晶学 晶体结构 化学 冶金 物理化学 有机化学 工程类
作者
Weikang Jiang,Kaiyue Zhu,Weili Xie,Manxia Ma,Weijian Li,Weishen Yang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (25): e2502723-e2502723 被引量:3
标识
DOI:10.1002/smll.202502723
摘要

Vanadium-based cathodes have attracted extensive attention in aqueous zinc-ion batteries (AZIBs) because of their high theoretical capacity. However, the development of high-performance vanadium-based cathodes and the establishment of effective design principles remain major challenges, hindering the progress of AZIBs technology. In this study, the critical role of structural building blocks ([VO4] tetrahedra, [VO5] square pyramids, and [VO6] octahedra) is unveiled in vanadium-based oxides, demonstrating their distinct contributions to both capacity and stability. Among these, [VO6] octahedra stand out for their superior capacity and stability, making vanadium oxides with [VO6] octahedra promising candidates for AZIBs cathodes. Furthermore, it is shown that the presence of oxygen vacancies undermines the stability of [VO6] building blocks by increasing the exposure of the vanadium sites. Based on these findings, amorphous vanadium oxide (ZVO-Ov-free), composed of oxygen vacancy-free [VO6] octahedra arranged in short-range-ordered chains, is synthesized, maximizing the utilization of highly active vanadium sites. The ZVO-Ov-free cathode achieves a specific capacity of up to 483 mAh g-1 at 0.3 A g-1, with a capacity retention of 94% after 150 cycles. These findings provide valuable insights for the rational design of vanadium-based oxides at the atomic and framework levels, paving the way for the practical development of AZIBs.
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