熊胜林/奚宝娟Nano Research:Od-Ce@V2O5实现高效的水系锌离子存储

本文报道了利用一步水热处理的双效策略,制备了插有Ce和引入富氧缺陷的V2O5纳米带(Od-Ce@V2O5)

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熊胜林/奚宝娟Nano Research:Od-Ce@V2O5实现高效的水系锌离子存储
低成本、环保的可再充电水系锌离子电池(AZIBs)受到广泛关注,成为储能系统的候选产品。然而,AZIBs的发展受到了合适且价格合理的正极材料的限制。
基于此,山东大学熊胜林教授和奚宝娟副教授(共同通讯作者)等人报道了利用一步水热处理的双效策略,制备了插有Ce和引入富氧缺陷的V2O5纳米带(Od-Ce@V2O5),以协同提高电化学性能。
测试发现,理想的正极在电流密度为0.5 A·g-1时提供了444 mAh·g-1的可逆容量,并表现出优异的库仑效率,以及非凡的能量密度304.9 Wh·kg-1
熊胜林/奚宝娟Nano Research:Od-Ce@V2O5实现高效的水系锌离子存储
通过DFT计算,以探究V2O5中Ce掺杂和氧缺陷的双效应策略作用和详细的Zn2+存储机制。
值得注意的是,从Od-Ce@V2O5和V2O5之间的不同结构和电荷密度,可直观地观察到Zn2+插层在基体晶格中的状态。
几乎没有电子从Zn2+迁移到氧,所以大部分电荷集中在Od-Ce@V2O5中的缺陷位点附近。
熊胜林/奚宝娟Nano Research:Od-Ce@V2O5实现高效的水系锌离子存储
在纯V2O5中,有更多的电子从Zn2+转移到晶格氧,因此更多的电荷聚集在氧附近。Od-Ce@V2O5(-0.511 eV)的吸附能低于V2O5(-3.45 eV)的吸附能。
因此,Zn2+与Od-Ce@V2O5之间的相互作用较弱。适当的吸附能使Zn2+容易释放,表明Od-Ce@V2O5正极是Zn2+可逆吸附/解吸的极好宿主。
但是,纯V2O5与Zn2+客体吸附的较高吉布斯自由能,导致结构可逆性较差。
熊胜林/奚宝娟Nano Research:Od-Ce@V2O5实现高效的水系锌离子存储
Introducing Ce ions and oxygen defects into V2O5 nanoribbons for efficient aqueous zinc ion storage. Nano Res., 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4990-2.
https://doi.org/10.1007/s12274-022-4990-2.

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