Gemeinsame kationische und anionische Redoxchemie in einer Vanadiumoxidkathode für Zinkbatterien mit hoher Energiedichte

Zusammenfassung Wiederaufladbare wässrige Zinkbatterien sind vielversprechend für die großangelegte Energiespeicherung aufgrund ihrer niedrigen Kosten und hohen Sicherheit; jedoch hat ihre Energiedichte die Obergrenze auf der Grundlage von herkömmlichen Kathoden mit einem einzelnen kationischen Redoxreaktionsmechanismus erreicht. Hier wird eine hoch reversible Kathode aus typischem geschichtetem Vanadiumoxid berichtet, die sowohl auf dem kationischen Redoxpaar V 5+ /V 3+ mit der Speicherung von Zn 2+ als auch auf dem anionischen O – /O 2– Redoxpaar durch Anionenaufnahme in einem wässrigen tief-eutektischen Lösungsmittel-Elektrolyt arbeitet. Die reversible Sauerstoffredox liefert eine zusätzliche Kapazität von ∼100 mAh g –1 bei einer Betriebsspannung von ∼1,80 V, was die Energiedichte der Kathode um ∼36% erhöht und dem Kathodensystem eine Rekord-Energiedichte von ∼506 Wh kg –1 verleiht. Die Ergebnisse heben neue Möglichkeiten für die Entwicklung von hocheffizienten Zinkbatterien hervor, bei denen sowohl Zn 2+ als auch Anionen als Ladungsträger fungieren.