2D Amorphous V2O5/Graphene Heterostructures for High‐Safety Aqueous Zn‐Ion Batteries with Unprecedented Capacity and Ultrahigh Rate Capability

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作者
Xiao Wang,Yaguang Li,Sen Wang,Feng Zhou,Pratteek Das,Chao Sun,Shuilin Zheng,Zhong‐Shuai Wu
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (22) 被引量:252
标识
DOI:10.1002/aenm.202000081
摘要

Abstract Rechargeable aqueous zinc‐ion batteries (ZIBs) are appealing due to their high safety, zinc abundance, and low cost. However, developing suitable cathode materials remains a great challenge. Herein, a novel 2D heterostructure of ultrathin amorphous vanadium pentoxide uniformly grown on graphene (A‐V 2 O 5 /G) with a very short ion diffusion pathway, abundant active sites, high electrical conductivity, and exceptional structural stability, is demonstrated for highly reversible aqueous ZIBs (A‐V 2 O 5 /G‐ZIBs), coupling with unprecedented high capacity, rate capability, long‐term cyclability, and excellent safety. As a result, 2D A‐V 2 O 5 /G heterostructures for stacked ZIBs at 0.1 A g −1 display an ultrahigh capacity of 489 mAh g −1 , outperforming all reported ZIBs, with an admirable rate capability of 123 mAh g −1 even at 70 A g −1 . Furthermore, the new‐concept prototype planar miniaturized zinc‐ion microbatteries (A‐V 2 O 5 /G‐ZIMBs), demonstrate a high volumetric capacity of 20 mAh cm −3 at 1 mA cm −2 , long cyclability; holding high capacity retention of 80% after 3500 cycles, and in‐series integration, demonstrative of great potential for highly‐safe microsized power sources. Therefore, the exploration of such 2D heterostructure materials with strong synergy is a reliable strategy for developing safe and high‐performance energy storage devices.
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