Operando X-ray Studies of Ni-Containing Heteropolyvanadate Electrode for High-Energy Lithium-Ion Storage Applications

材料科学 电极 锂(药物) 储能 离子 纳米技术 无机化学 物理化学 化学 有机化学 量子力学 医学 物理 内分泌学 功率(物理)
作者
Tsung‐Yi Chen,Ho Viet Thang,Tien-Yu Yi,Shao‐Chu Huang,Chia‐Ching Lin,Yu‐Ming Chang,Pei-Lin Chen,Ming‐Hsien Lin,Jyh‐Fu Lee,Hsin‐Yi Tiffany Chen,Chi‐Chang Hu,Han‐Yi Chen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (46): 52035-52045 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.2c16777
摘要

Ni-containing heteropolyvanadate, Na6[NiV14O40], was synthesized for the first time to be applied in high-energy lithium storage applications as a negative electrode material. Na6[NiV14O40] can be prepared via a facile solution process that is suitable for low-cost mass production. The as-prepared electrode provided a high capacity of approximately 700 mAh g-1 without degradation for 400 cycles, indicating excellent cycling stability. The mechanism of charge storage was investigated using operando X-ray absorption spectroscopy (XAS), X-ray diffraction (XRD), transition X-ray microscopy (TXM), and density functional theory (DFT) calculations. The results showed that V5+ was reduced to V2+ during lithiation, indicating that Na6[NiV14O40] is an insertion-type material. In addition, Na6[NiV14O40] maintained its amorphous structure with negligible volume expansion/contraction during cycling. Employed as the negative electrode in a lithium-ion battery (LIB), the Na6[NiV14O40]//LiFePO4 full cell had a high energy density of 300 W h kg-1. When applied in a lithium-ion capacitor, the Na6[NiV14O40]//expanded mesocarbon microbead full cell displayed energy densities of 218.5 and 47.9 W h kg-1 at power densities of 175.7 and 7774.2 W kg-1, respectively. These findings reveal that the negative electrode material Na6[NiV14O40] is a promising candidate for Li-ion storage applications.
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