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A porous puckered V_(2)O_(5) polymorph as new high performance cathode material for aqueous rechargeable zinc batteries

引用

Journal of Energy Chemistry 2021年第10期30卷 459-468,I0012页

作者： dauren batyrbekuly Barbara Laïk Jean-Pierre Pereira-Ramos Zhumabay Bakenov Rita Baddour-Hadjean Institut de Chimie et des Matériaux Paris Est(ICMPE) UMR 7182 CNRS et UniversitéParis Est Créteil2 rue Henri Dunant94320 ThiaisFrance School of Engineering National Laboratory AstanaNazarbayev University53 Kabanbay Batyr AvenueAstana 010000Kazakhstan

Aqueous rechargeable zinc batteries are getting increasing attention for large-scale energy storage owing to their advantages in terms of cost,environmental friendliness and safety.Here,the layered puckeredγ’-V_(2)O_(5) polymorph with a porous morphology is firstly introduced as cathode for an aqueous zinc battery system in a binary Zn^(2+)/Li^(+)electrolyte.The Zn‖γ’-V_(2)O_(5) cell delivers high capacities of 240 and190 mAh g^(-1) at current densities of 29 and 147 mA g^(-1),respectively,and remarkable cycling stability in the 1.6 V-0.7 V voltage window(97%retention after 100 cycles at 0.15 A g^(-1)).The detailed structural evolution during first discharge-charge and subsequent cycling is investigated using X-ray diffraction and Raman spectroscopy.We demonstrate a reaction mechanism based on a selective Li insertion in the1.6 V-1.0 V voltage range.It involves a reversible exchange of 0.8 Li^(+)in γ’-V_(2)O_(5) and the same structural response as the one reported in lithiated organic electrolyte.However,in the extended 1.6 V-0.7 V voltage range,this work puts forward a concomitant and gradual phase transformation from γ’-V_(2)O_(5) to zinc pyrovanadate Zn_(3)V_(2)O_(7)(OH)2.2 H_(2)O(ZVO)during cycling.Such mechanism involving the in-situ formation of ZVO,known as an efficient Zn and Li intercalation material,explains the high electrochemical performance here reported for the Zn‖γ’-V_(2)O_(5) cell.This work highlights the peculiar layered-puckeredγ’-V_(2)O_(5) polymorph outperforms the conventionalα-V_(2)O_(5) with a huge improvement of capacity of 240 mAh g^(-1)vs 80 mAh g^(-1) in the same electrolyte and voltage window.

关键词： Vanadium pentoxide γ-V_(2)O_(5) Cathode Aqueous zinc battery High performance Layered structure Energy storage Renewable energy

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