Interlayer Modification of Pseudocapacitive Vanadium Oxide and Zn(H2O)n2+ Migration Regulation for Ultrahigh Rate and Durable Aqueous Zinc‐Ion Batteries

氧化钒 材料科学 插层(化学) 假电容 水溶液 扩散 无机化学 电化学 氧化物 电极 超级电容器 化学工程 化学 物理化学 冶金 工程类 物理 热力学
作者
Hangda Chen,Juanjuan Huang,Shuhao Tian,Li Liu,Tianfeng Qin,Lei Song,Yanpeng Liu,Yanan Zhang,Xiaogang Wu,Shulai Lei,Shanglong Peng
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:8 (14): e2004924-e2004924 被引量:181
标识
DOI:10.1002/advs.202004924
摘要

The interlayer modification and the intercalation pseudocapacitance have been combined in vanadium oxide electrode for aqueous zinc-ion batteries. Intercalation pseudocapacitive hydrated vanadium oxide Mn1.4 V10 O24 ·12H2 O with defective crystal structure, interlayer water, and large interlayer distance has been prepared by a spontaneous chemical synthesis method. The inserted Mn2+ forms coordination bonds with the oxygen of the host material and strengthens the interaction between the layers, preventing damage to the structure. Combined with the experimental data and DFT calculation, it is found that Mn2+ refines the structure stability, adjusts the electronic structure, and improves the conductivity of hydrated vanadium oxide. Also, Mn2+ changes the migration path of Zn2+ , reduces the migration barrier, and improves the rate performance. Therefore, Mn2+ -inserted hydrated vanadium oxide electrode delivers a high specific capacity of 456 mAh g-1 at 0.2 A g-1 , 173 mAh g-1 at 40 A g-1 , and a capacity retention of 80% over 5000 cycles at 10 A g-1 . Furthermore, based on the calculated zinc ion mobility coefficient and Zn(H2 O)n 2+ diffusion energy barrier, the possible migration behavior of Zn(H2 O)n 2+ in vanadium oxide electrode has also been speculated, which will provide a new reference for understanding the migration behavior of hydrated zinc-ion.
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