Oxygen vacancies and N‐doping in organic–inorganic pre‐intercalated vanadium oxide for high‐performance aqueous zinc‐ion batteries

钒 无机化学 锌 水溶液 电化学 氧化钒 兴奋剂 阴极 材料科学 氧化物 扩散 电导率 化学 电极 冶金 热力学 物理化学 光电子学 物理
作者
Feng Zhang,Min Du,Zhenyu Miao,Houzhen Li,Wentao Dong,Yuanhua Sang,Hechun Jiang,Wenzhi Li,Hong Liu,Shuhua Wang
出处
期刊:InfoMat [Wiley]
卷期号:4 (11) 被引量:136
标识
DOI:10.1002/inf2.12346
摘要

Abstract Pre‐intercalation of metal ions into vanadium oxide is an effective strategy for optimizing the performance of rechargeable zinc‐ion battery (ZIB) cathodes. However, the battery long‐lifespan achievement and high‐capacity retention remain a challenge. Increasing the electronic conductivity while simultaneously prompting the cathode diffusion kinetics can improve ZIB electrochemical performance. Herein, N‐doped vanadium oxide (N‐(Zn,en)VO) via defect engineering is reported as cathode for aqueous ZIBs. Positron annihilation and electron paramagnetic resonance clearly indicate oxygen vacancies in the material. Density functional theory (DFT) calculations show that N‐doping and oxygen vacancies concurrently increase the electronic conductivity and accelerate the diffusion kinetics of zinc ions. Moreover, the presence of oxygen vacancies substantially increases the storage sites of zinc ions. Therefore, N‐(Zn,en)VO exhibits excellent electrochemical performance, including a peak capacity of 420.5 mA h g −1 at 0.05 A g −1 , a high power density of more than 10 000 W kg −1 at 65.3 Wh kg −1 , and a long cycle life at 5 A g −1 (4500 cycles without capacity decay). The methodology adopted in our study can be applied to other cathodic materials to improve their performance and extend their practical applications. image
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