Tunnel‐Oriented VO2 (B) Cathode for High‐Rate Aqueous Zinc‐Ion Batteries

材料科学 水溶液 阴极 电极 离子 扩散 离子运输机 化学工程 纳米技术 分析化学(期刊) 冶金 物理化学 热力学 工程类 化学 物理 色谱法 量子力学
作者
Qinggang He,Tao Hu,Qiang Wu,Wei Cheng,Xuran Han,Zibo Chen,Yuwei Zhu,Jianyu Chen,Yu Zhang,Li Shi,Xuebin Wang,Yanwen Ma,Jianwei Zhao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202400888
摘要

Tunnel-type vanadium oxides are promising cathodes for aqueous zinc ion batteries. However, unlike layer-type cathodes with adjustable layer distances, enhancing ion-transport kinetics in tunnels characterized by fixed sizes poses a considerable challenge. This study highlights that the macroscopic arrangement of the electrode crucially determines tunnel orientation, thereby influencing ion transport. By changing the material morphology, the tunnel orientation can be optimized to facilitate rapid ion diffusion. In a proof-of-concept demonstration, it is revealed that (00l) facets-dominated VO2 (B) nanobelts with dispersive morphology (VO2-D) tend to adopt a stacking pattern with directional ion transport along the c-axis on the electrode and guarantee fast ion diffusion. Compared with the aggregated sample (VO2-A) that tends to random arrangement on the electrode with isotropic and slow ion transfer behavior, the electrode featuring dispersive (00l) facets-dominated VO2 (B) nanobelts displays directional and fast ion diffusion behavior, thus exhibits an ultrahigh-rate performance (420.8 and 344.8 mAh g-1 at 0.1 and 10 A g-1, respectively) and long cycling stability (84.3% capacity retention under 5000 cycles at 10 A g-1). The results suggest that simultaneous manipulation of exposed crystal facet and morphology-related electrode arrangement should be promising for boosting the ion-transport kinetics in tunnel-type vanadium oxide cathodes.
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