Reversible and rapid calcium intercalation into molybdenum vanadium oxides

正交晶系 材料科学 锂(药物) 四方晶系 离子 扩散 无机化学 化学工程 化学 结晶学 晶体结构 冶金 热力学 有机化学 内分泌学 医学 物理 工程类
作者
Aniruddha S. Lakhnot,Kevin Bhimani,Varad Mahajani,Reena A. Panchal,Shyam Sharma,Nikhil Koratkar
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (30) 被引量:23
标识
DOI:10.1073/pnas.2205762119
摘要

Looming concerns regarding scarcity, high prices, and safety threaten the long-term use of lithium in energy storage devices. Calcium has been explored in batteries because of its abundance and low cost, but the larger size and higher charge density of calcium ions relative to lithium impairs diffusion kinetics and cyclic stability. In this work, an aqueous calcium–ion battery is demonstrated using orthorhombic, trigonal, and tetragonal polymorphs of molybdenum vanadium oxide (MoVO) as a host for calcium ions. Orthorhombic and trigonal MoVOs outperform the tetragonal structure because large hexagonal and heptagonal tunnels are ubiquitous in such crystals, providing facile pathways for calcium–ion diffusion. For trigonal MoVO, a specific capacity of ∼203 mAh g −1 was obtained at 0.2C and at a 100 times faster rate of 20C, an ∼60 mAh g −1 capacity was achieved. The open-tunnel trigonal and orthorhombic polymorphs also promoted cyclic stability and reversibility. A review of the literature indicates that MoVO provides one of the best performances reported to date for the storage of calcium ions.

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