Suppresses Vanadium Dissolution via Superlattice Strategy for Practical Zinc‐Vanadium Batteries with Ultralong Lifespan at Low Current Density

材料科学 超晶格 溶解 阴极 氧化钒 化学工程 电流密度 离子 氧化物 水溶液 腐蚀 结构稳定性 化学物理 储能 电化学 容量损失 过渡金属 碳化钒 电池(电) 无机化学 纳米技术 法拉第效率
作者
Ziwei Gan,Nengze Wang,Xiaohe Ren,Tianning Pian,Zhiye Huang,Wanlong Zhou,Chunyang Jia,Zhijie Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (16)
标识
DOI:10.1002/aenm.202506383
摘要

ABSTRACT Aqueous zinc‐vanadium batteries face severe capacity decay and rapid failure, particularly at low current densities (< 1 A g −1 ), primarily due to the poor structural stability of the vanadium cathode and corrosion by highly active free water, which severely hinders their practical application. Here, we propose the superlattice vanadium oxide (Superlattice‐V 2 O 5 ) as a cathode material to improve the cycle stability at low current density. Its larger interlayer spacing of 21.5 Å reduces structural stress during hydrated Zn 2+ insertion/extraction, thus mitigating structural collapse, and effectively weakening the electrostatic interaction between Zn 2+ and the interlayer. Furthermore, the superlattice structure diminishes the release of highly active water molecules during the desolvation of hydrated Zn 2+ and increases the dissolution energy of the VO 2+ ion from 0.96 to 1.72 eV. These synergistic effects suppress vanadium dissolution and shuttling. Consequently, the Superlattice‐V 2 O 5 achieves a specific capacity of 445.1 mAh g −1 at a low current density of 0.2 A g −1 and enables vanadium shuttle‐free cycling for 750 cycles (lasting 106 days). Furthermore, the superlattice structure facilitates ion insertion into the deep regions of the high mass loading electrode, which effectively improves active material utilization, thereby achieving a stability of 2800 cycles at 0.5 A g −1 with a mass loading of 19.3 mg cm −2 .
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