Heteroatom katkılı vanadyum dioksit malzemeler ile sulu çinko iyon batarya katotlarının geliştirilmesi

Sulu şarj edilebilir bataryalar arasında çinko iyon bataryalar (ZIB'lar), yüksek teorik özgül kapasiteleri, düşük redoks potansiyelleri, çinko metal bolluğu, güvenlikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle büyük ilgi görmektedir. Düşük maliyet ve yüksek güvenlik nedeniyle sulu ZIB'lar, şebeke ölçeğinde enerji depolama gibi büyük ölçekli uygulamalar için son derece çekici platformlardır. Bilinen en eski batarya türlerinden biri olmasına rağmen, şar edilebilir ZIB'lar henüz beklendiği gibi kullanım bulamamıştır. Sulu ZIB'lar, yüksek kapasite, kulombik verimlilik ve uzun süreli çevrim ömrü elde etmek için uygun katot malzemeleri bulmakta güçlük çekmektedirler. Çeşitli katot malzemeleri kullanarak kayda değer spesifik kapasiteler elde edilmiş olsa da, katot malzemelerinin stabilitesinden kaynaklanan zorluklar pratik uygulamaları büyük ölçüde engellemiştir. Bu nedenle, ZIB'ların düşük çevrim stabilitesini ve elektrokimyasal performansını çözmek için yüksek performanslı katot malzemelerine acil bir ihtiyaç vardır. Vanadyum dioksit (VO2), yüksek teorik kapasitesi ve yapısal özellikleri nedeniyle son yıllarda büyük ilgi görmektedir. VO2'nin katmanlı yapısı, kristal birim hücrede iyon katkısına izin verir. VO2'nin metal iyon katkısı, yüksek kapasitesini ve çevrim ömrünü elde etme potansiyeline sahiptir. Bu çalışmada, metal iyon katkılı VO2 katotları tasarladık ve bunları yüksek performanslı sulu ZIB cihazlarında kullandık. Seçilen Grup 1A metali (lityum,sodyum ve potasyum) ve geçiş metali (niobyum, molibden ve tungsten) iyonları çeşitli miktarlarda VO2 ile katkılanmıştır. Üretilen ZIB'lar, heteroatom katkılı VO2 katotları nedeniyle gelişmiş elektrokimyasal enerji depolama özelliklerine sahiptir. Metal-iyon katkılı vanadyum dioksit temelli malzemelerin hidrotermal yöntemle üretilmesi ve sulu ZIB'larda kullanılmasıyla bu tezin ana konusu olan dikkat çekici elektrokimyasal özellikler elde edildi. Bu bağlamda, metal iyon katkılı VO2 katotlu sulu Zn-iyon bataryalar, yüksek elektrokimyasal performans ve çevrim kararlılığı elde edecek şekilde üretildi ve karakterize edildi.