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Boosting the Electrochemical Performance of V2O3 by Anchoring on Carbon Nanotube Microspheres with Macrovoids for Ultrafast and Long-Life Aqueous Zinc-Ion Batteries
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2021-08-16 , DOI: 10.1002/smtd.202100578 Jin-Sung Park 1 , Sungjin Yang 1 , Yun Chan Kang 1
Small Methods ( IF 10.7 ) Pub Date : 2021-08-16 , DOI: 10.1002/smtd.202100578 Jin-Sung Park 1 , Sungjin Yang 1 , Yun Chan Kang 1
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Zinc-ion batteries (ZIBs) are next-generation energy storage systems with high safety and environmental friendliness because they can be operated in aqueous systems. However, the search for electrode materials with ideal nanostructures and compositions for aqueous ZIBs is in progress. Herein, the synthesis of porous microspheres, consisting of V2O3 anchored on entangled carbon nanotubes (p-V2O3-CNT) and their application as cathode for ZIBs is reported. From various analyses, it is revealed that V2O3 phase disappears after the initial charge process, and Zn3+x(OH)2+3xV2−xO7−3x∙2H2O and zinc vanadate (ZnyVOz) phases undergo zinc-ion intercalation/deintercalation processes from the second cycle. Additionally, the electrochemical performances of p-V2O3-CNT, V2O3-CNT (without macrovoids), and porous V2O3 (without CNTs) microspheres are compared to determine the effects of nanostructures and conductive carbonaceous matrix on the zinc-ion storage performance. p-V2O3-CNT exhibits a high reversible capacity of 237 mA h g−1 after 5000 cycles at 10 A g−1. Furthermore, a reversible capacity of 211 mA h g−1 is obtained at an extremely high current density of 50 A g−1. The macrovoids in V2O3 nanostructure effectively alleviate the volume changes during cycling, and the entangled CNTs with high electrical conductivity assist in achieving fast electrochemical kinetics.
中文翻译：
通过锚定在具有大孔洞的碳纳米管微球上来提高 V2O3 的电化学性能，用于超快和长寿命锌离子水电池
锌离子电池（ZIBs）是下一代储能系统，具有高安全性和环境友好性，因为它们可以在水性系统中运行。然而，正在寻找具有理想纳米结构和组成的用于水性 ZIBs 的电极材料。在此，报道了由锚定在缠结碳纳米管 (pV 2 O 3 -CNT)上的 V 2 O 3组成的多孔微球的合成及其作为 ZIB 阴极的应用。各种分析表明，初始充电过程后V 2 O 3相消失，Zn 3+ x (OH) 2+3 x V 2− xO 7−3 x ∙2H 2 O 和钒酸锌 (Zn y VO z ) 相从第二个循环开始经历锌离子嵌入/脱嵌过程。此外，比较了 pV 2 O 3 -CNT、V 2 O 3 -CNT（无大孔隙）和多孔 V 2 O 3（无 CNT）微球的电化学性能，以确定纳米结构和导电碳质基质对锌的影响- 离子存储性能。pV 2 O 3 -CNT在 10 A g -1 下循环 5000 次后表现出 237 mA hg -1的高可逆容量. 此外，在50 A g -1的极高电流密度下获得211 mA hg -1的可逆容量。V 2 O 3纳米结构中的大空隙有效地缓解了循环过程中的体积变化，并且具有高电导率的缠结碳纳米管有助于实现快速的电化学动力学。
更新日期：2021-09-14
中文翻译：
通过锚定在具有大孔洞的碳纳米管微球上来提高 V2O3 的电化学性能，用于超快和长寿命锌离子水电池
锌离子电池（ZIBs）是下一代储能系统，具有高安全性和环境友好性，因为它们可以在水性系统中运行。然而，正在寻找具有理想纳米结构和组成的用于水性 ZIBs 的电极材料。在此，报道了由锚定在缠结碳纳米管 (pV 2 O 3 -CNT)上的 V 2 O 3组成的多孔微球的合成及其作为 ZIB 阴极的应用。各种分析表明，初始充电过程后V 2 O 3相消失，Zn 3+ x (OH) 2+3 x V 2− xO 7−3 x ∙2H 2 O 和钒酸锌 (Zn y VO z ) 相从第二个循环开始经历锌离子嵌入/脱嵌过程。此外，比较了 pV 2 O 3 -CNT、V 2 O 3 -CNT（无大孔隙）和多孔 V 2 O 3（无 CNT）微球的电化学性能，以确定纳米结构和导电碳质基质对锌的影响- 离子存储性能。pV 2 O 3 -CNT在 10 A g -1 下循环 5000 次后表现出 237 mA hg -1的高可逆容量. 此外，在50 A g -1的极高电流密度下获得211 mA hg -1的可逆容量。V 2 O 3纳米结构中的大空隙有效地缓解了循环过程中的体积变化，并且具有高电导率的缠结碳纳米管有助于实现快速的电化学动力学。
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