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Reversible aqueous zinc-ion battery based on ferric vanadate cathode

Chinese Chemical Letters 2022年第10期33卷 4628-4634页

作者： Wang Yang Wu Yang Yongfeng Huang Chengjun Xu Liubing Dong Xinwen Peng State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510640China Tsinghua Shenzhen International Graduate School Tsinghua UniversityShenzhen 518055China College of Chemistry and Materials Science Jinan UniversityGuangzhou 511443China

Rechargeable aqueous zinc-ion batteries have attracted extensive interest because of low cost and high safety.However,the relationship between structure change of cathode and the zinc ion storage mechanism is still complex and challenging.Herein,open-structured ferric vanadate(Fe_(2)V_(4)O_(13))has been developed as cathode material for aqueous zinc-ion batteries.Intriguingly,two zinc ion storage mechanism can be observed simultaneously for the Fe2V4O13 electrode,i.e.,classical intercalation/deintercalation storage mechanism in the tunnel structure of Fe_(2)V_(4)O_(13),and reversible phase transformation from ferric vanadate to zinc vanadate,which is verified by combined studies using various in-situ and ex-situ techniques.As a result,the Fe_(2)V_(4)O_(13) cathode delivers a high discharge capacity of 380 mAh/g at 0.2 A/g,and stable cyclic performance up to 1000 cycles at 10 A/g in the operating window of 0.2-1.6 V with 2 mol/L Zn(CF_(3)SO_(3))_(2) aqueous solution.Moreover,the assembled Fe_(2)V_(4)O_(13)//Zn flexible quasi-solid-state battery also exhibits a relatively high mechanical strength and good cycling stability.The findings reveal a new perspective of zinc ion storage mechanism for Fe_(2)V_(4)O_(13),which may also be applicable to other vanadate cathodes,providing a new direction for the investigation and design of zinc-ion batteries.

关键词： Aqueous zinc-ion battery ferric vanadate cathode Reversible phase transformation Zinc ion storage mechanism Biomass-based flexible quasi-solid-state battery

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