Iodine‐Doped Sodium Vanadate Cathode for Improved Zn Ion Diffusion Kinetics

材料科学 钒酸盐 动力学 阴极 扩散 兴奋剂 离子 无机化学 化学工程 冶金 物理化学 热力学 有机化学 化学 物理 光电子学 量子力学 工程类
作者
Xinyue Hu,Shengyong Gao,Tongen Lin,Xiyue Peng,Yongxin Huang,Yiming Zhang,Xingchen Yang,Lina Wang,Guangfu Luo,Zhenhai Wen,Bernt Johannessen,Songcan Wang,Lianzhou Wang,Bin Luo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202416714
摘要

Abstract The electrostatic interaction between zinc ions and the host structure significantly limits the practicality of vanadium‐based cathodes in aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs). Herein, an anion doping strategy is demonstrated to mitigate electrostatic resistance and steric hindrance during zinc ion insertion by incorporating iodine atoms into the lattice of the cathode material, Na 2 V 6 O 16 ·3H 2 O. Iodine doping reduces the adsorption energy at the most stable site, thereby weakening the Zn 2+ ‐host interaction and lowering the Zn 2+ diffusion energy barrier, resulting in a one‐order‐of‐magnitude increase in the diffusion coefficient. Moreover, the large atomic size of iodine expands the host lattice, creating ample space for increased zinc ion storage capacity, further supported by the introduced oxygen vacancies. As a result, the iodine‐doped Na 2 V 6 O 16 ·3H 2 O cathode achieves an impressive specific capacity of 528.8 mAh g −1 at a current density of 0.5 A g −1 , and retains 262 mAh g −1 after 12,000 cycles at a high current rate of 10 A g −1 . This work provides new insights into the design of high‐performance cathode materials for AZIBs.
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