Architecting Amorphous Vanadium Oxide/MXene Nanohybrid via Tunable Anodic Oxidation for High‐Performance Sodium‐Ion Batteries

材料科学 无定形固体 氧化钒 拉曼光谱 化学工程 电极 过渡金属 电化学 阳极 纳米技术 物理化学 结晶学 生物化学 光学 物理 工程类 催化作用 化学 冶金
作者
Wang Zhang,Jian Peng,Weibo Hua,Ying Liu,Jinsong Wang,Yaru Liang,Wei‐Hong Lai,Yue Jiang,Yang Huang,Wei Zhang,Huiling Yang,Yingguo Yang,Lina Li,Zhenjie Liu,Lei Wang,Shulei Chou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:11 (22) 被引量:173
标识
DOI:10.1002/aenm.202100757
摘要

Abstract Structural engineering and creating atomic disorder in electrodes are promising strategies for highly efficient and rapid charge storage in advanced batteries. Herein, a nanohybrid architecture is presented with amorphous vanadium oxide conformally coated on layered V 2 C MXene ( a ‐VO x /V 2 C) via tunable anodic oxidation, which exhibits a high reversible capacity of 307 mAh g –1 at 50 mA g –1 , decent rate capability with capacity up to 96 mAh g –1 at 2000 mA g –1 , and good cycling stability as a cathode for sodium‐ion batteries. The a‐ VO x layer enables reversible and fast Na + insertion/extraction by providing sufficient vacancies and open pathways in the amorphous framework, unlike the irreversible phase transition in its crystalline counterpart, while layered V 2 C MXene offers abundant electron/ion transfer channels, which are joined together to boost the electrochemical performance. Notably the improved reversibility and structural superiority of the a ‐VO x /V 2 C nanohybrid are clearly revealed by in situ Raman, in situ transmission electron microscopy, in situ synchrotron X‐ray absorption spectroscopy, and density functional theory calculations, demonstrating a reversible V–O vibration and valence oscillation between V 4+ and V 5+ in the disordered framework, with robust structural stability and unobstructed Na + diffusion. This work provides a meaningful reference for the elaborate design of MXene‐based nanostructured electrodes toward advanced rechargeable batteries.
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