Crystalline‐Amorphous Phase and Oxygen Vacancies Synergistically Regulate Vanadium Electronic States for Unleashing Zinc‐Ion Storage Performance

材料科学 无定形固体 二氧化二钒 离子 氧气 相(物质) 无机化学 化学工程 纳米技术 冶金 结晶学 薄膜 有机化学 化学 工程类
作者
Jingyu Sun,Li Zhang,Fengbo Li,Fajun Yang,Meiyu Liu,Shaobin Li,Deqing Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (34) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/adfm.202501181
摘要

Abstract Zinc‐ion capacitors (ZICs) are emerging as a compelling choice for energy storage in future, promising high power and energy densities coupled with eco‐friendly characteristics. This work presents a novel approach to enhance the performance of ZICs by employing a one‐step solvothermal synthesis to growth V‐MOF on the surface of V 2 CT X ‐MXene, followed by annealing to fabricate a 3D cross‐linked VO X /V 2 CT X ‐MXene‐x(VO X /MXene‐x) composite. The unique structure demonstrates excellent conductivity and high redox reaction activity, which significantly shortens the Zn 2+ diffusion path. Moreover, the intertwined crystalline‐amorphous structure efficiently suppresses lattice volume expansion during Zn 2+ (de)intercalation. Density functional theory (DFT) reveals that the amorphous V 2 O 5 enhances conductivity, lowers the Zn 2+ capture energy barrier, and improves charge transfer efficiency. The introduction of oxygen vacancies further enhances the electronic transport. The VO X /MXene‐4 composite exhibits a specific capacity of 336.39 mAh g −1 at 1 A g −1 , maintaining 213.06 mAh g −1 at 10 A g −1 , indicating outstanding rate performance, along with an energy density of 356.27 Wh kg −1 and a power density of 1280 W kg −1 . This work offers novel insights for the design of electrode materials that feature intertwined crystalline‐amorphous phases, providing valuable insights into ion transport mechanisms and strategies to enhance Zn 2+ diffusion kinetics.
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