Decoupling Electronic and Crystal Structure Effects to Overcome the Capacity‐Stability Trade‐Off for High‐Performance Aqueous Zinc‐Ion Batteries

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作者
Bingbing Fan,Chengxiang Huang,Zhou Jiang,Kexin Song,Boning Xu,Aofei Wei,Wei Zhang,Weitao Zheng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202522400
摘要

Abstract Aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) with high capacity and long cycling stability are largely hindered by sluggish Zn 2+ diffusion kinetics and irreversible cathode dissolution. Herein, electron delocalization is manipulated in vanadium oxides intercalated with organic tetrabutylammonium (TBA + ) and inorganic Zn 2+ cations, decoupling the relationship between electronic/crystal structure and electrochemical property, effectively unlocking the intrinsic trade‐off between capacity and cycling stability. The synergistic intercalation of TBA + and Zn 2+ generates V─O─TBA and V─O─Zn coordination bonds, inducing charge redistribution and delocalizing electrons in the V 3 d −O 2 p hybridized orbitals, thereby optimizing the electronic structure and facilitating charge transport. Furthermore, TBA + intercalating expands the interlayer spacing, reducing the Zn 2+ diffusion energy barrier and activation energy, while Zn 2+ incorporation alleviates lattice strain through strong Zn 2+ −O 2− interaction, stabilizing the layered structure during cycling. Thus, such a promising cathode delivers a high discharge specific capacity of 424 mAh g −1 at 0.1 A g −1 , exceptional rate capability (320 mAh g −1 at 5 A g −1 ), and 89% retention after 3000 cycles. The study provides a design framework for synergistic regulations of electronic and ionic properties in layered oxides, advancing the development of high‐performance ZIBs cathodes.
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