Activating H3O+ Intercalation Chemistry in Aqueous Zn‐VO2(B) Batteries via Tungsten Doping and Oxygen Vacancies

插层(化学) 水溶液 溶解 吸附 氧气 兴奋剂 掺杂剂 阴极 材料科学 过渡金属 无机化学 纳米技术 化学 物理化学 催化作用 有机化学 光电子学 冶金
作者
Yu Zhang,Leyuan Cui,Fuhan Cui,Yunpeng Huang,Guoju Zhang,Ruining Fu,Zhenjing Jiang,Xuechen Hu,Fang Hu,Chongyang Zhu,Litao Sun
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202501001
摘要

Vanadium-based materials have shone brightly in aqueous Zn metal batteries due to their high theoretical capacity and excellent high-rate capability. However, the severe vanadium dissolution attacked by H+ during cycling has persistently resulted in unsatisfactory cycling stability at low current density (generally ≤0.5 A g-1). To address this critical issue, a reversible H3O+ intercalation chemistry in tunnel-structured VO2(B) materials is herein reported, which is activated by disordered substitution doping of V4+ by W5+/6+ ions while simultaneously introducing oxygen vacancies. Both experiments and theoretical calculations demonstrate that H3O+ exhibits stronger adsorption energy on the (110) plane of synthesized W0.05V0.95O1.94(B) electrode than H+. Moreover, the synergy between W5+/6+ dopants and oxygen vacancies can effectively improve the distribution of adsorption sites for H3O+, contributing to an enhanced utilization of surface-active sites. As a result, this cathode chemistry delivers a high specific capacity of 407 mAh g-1 at 0.1 A g-1 and maintains 357 mAh g-1 with almost no capacity decay after 100 cycles at 0.5 A g-1. These findings offer a promising pathway for developing rechargeable long-life vanadium-based cathodes.
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