Fe‐Ion Bolted VOPO4∙2H2O as an Aqueous Fe‐Ion Battery Electrode

材料科学 电解质 阳极 离子 电极 阴极 氧化还原 电池(电) 水溶液 电化学 溶解 化学工程 金属 无机化学 化学 物理化学 冶金 物理 工程类 量子力学 功率(物理) 有机化学
作者
Yunkai Xu,Xianyong Wu,Sean K. Sandstrom,Jessica J. Hong,Heng Jiang,Xin Chen,Xiulei Ji
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (49): e2105234-e2105234 被引量:98
标识
DOI:10.1002/adma.202105234
摘要

Abstract Iron ion batteries using Fe 2+ as a charge carrier have yet to be widely explored, and they lack high‐performing Fe 2+ hosting cathode materials to couple with the iron metal anode. Here, it is demonstrated that VOPO 4 ∙2H 2 O can reversibly host Fe 2+ with a high specific capacity of 100 mAh g −1 and stable cycling performance, where 68% of the initial capacity is retained over 800 cycles. In sharp contrast, VOPO 4 ∙2H 2 O's capacity of hosting Zn 2+ fades precipitously over tens of cycles. VOPO 4 ∙2H 2 O stores Fe 2+ with a unique mechanism, where upon contacting the electrolyte by the VOPO 4 ∙2H 2 O electrode, Fe 2+ ions from the electrolyte get oxidized to Fe 3+ ions that are inserted and trapped in the VOPO 4 ∙2H 2 O structure in an electroless redox reaction. The trapped Fe 3+ ions, thus, bolt the layered structure of VOPO 4 ∙2H 2 O, which prevents it from dissolution into the electrolyte during (de)insertion of Fe 2+ . The findings offer a new strategy to use a redox‐active ion charge carrier to stabilize the layered electrode materials.
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