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  • Interkalant-induzierte V t2g Orbitalbesetzung in Vanadiumoxid-Kathoden für schnell ladende wässrige Zink-Ionen-Batterien

    • Interkalant-induzierte V t2g Orbitalbesetzung in Vanadiumoxid-Kathoden für schnell ladende wässrige Zink-Ionen-Batterien

    Titel Interkalant-induzierte V t2g Orbitalbesetzung in Vanadiumoxid-Kathoden für schnell ladende wässrige Zink-Ionen-Batterien
    Autoren Yixiu Wang, Shiqiang Wei, Zheng-Hang Qi, Shuangming Chen, Kefu Zhu, Honghe Ding, Yuyang Cao, Quan Zhou, Changda Wang, Pengjun Zhang, Xin Guo, Xiya Yang, Xiaojun Wu, Li Song
    Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
    Datum 03/20/2023
    DOI 10.1073/pnas.2217208120
    Einführung Schichtförmige Oxide mit Einlagerungen werden als Kathodenmaterial für wässrige Zink-Ionen-Batterien (ZIB) eingehend untersucht. Während durch die Verwendung verschiedener Interkalationsmittel zur Erweiterung der Zwischenräume hohe Raten erreicht werden konnten, sind die durch diese Interkalationsmittel induzierten atomaren Orbitalveränderungen noch nicht vollständig verstanden. In dieser Studie haben wir NH4+-interkaliertes Vanadiumoxid (NH4+-V2O5) für hochratige ZIBs entwickelt und die Rolle des Interkalants in Bezug auf atomare Orbitale eingehend untersucht. Unsere röntgenspektroskopischen Analysen zeigen, dass die Einlagerung von NH4+ den Elektronenübergang in den 3dxy-Zustand des V t2g-Orbitals in V2O5 fördert, was den Elektronentransfer und die Zn-Ionen-Migration deutlich verbessert. Dieses Ergebnis wird auch durch DFT-Berechnungen unterstützt. Infolgedessen weist die NH4+-V2O5-Elektrode eine hohe Kapazität von 430,0 mA h g-1 bei 0,1 A g-1 auf, zusammen mit einer ausgezeichneten Ratenfähigkeit (101,0 mA h g-1 bei 200 C), die eine Schnellladung innerhalb von 18 Sekunden ermöglicht. Darüber hinaus wurden die reversiblen V t2g-Orbital- und Gitterraumveränderungen während des Zyklus durch Ex-situ-Röntgenabsorptionsspektren und In-situ-Röntgenbeugung mit Synchrotronstrahlung beobachtet. Diese Forschung bietet wertvolle Einblicke in die fortschrittlichen Kathodenmaterialien auf orbitaler Ebene.
    Zitat Yixiu Wang, Shiqiang Wei und Zheng-Hang Qi et al. Intercalant-induced V t2g orbital occupation in vanadium oxide cathode towards fast-charging aqueous zinc-ion batteries. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2023. Vol. 120(13). DOI: 10.1073/pnas.2217208120
    Element Vanadium (V) , Zink (Zn) , Stickstoff (N)
    Materialien Oxide
    Themen Energie-Materialien
    Industrie Energiespeicherung und Batterien
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