Impact of pore size, interconnections, and dynamic conductivity on the electrochemistry of vanadium pentoxide in well defined porous structures

文献情報

出版日 2018-11-21
DOI 10.1039/C8CP04706E
インパクトファクター 3.676
著者

Nam Kim, Emily Sahadeo, Chanyuan Liu, Olivia Rose


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要旨

Considering the tortuous, random porous nanostructures existing in many battery electrodes, it is essential to understand electronic and ionic behaviors in such a confined nanoscale porous geometry in which electron and ion transports can change dynamically. Here, we have carefully designed three dimensional (3D) interconnected porous electrode structures and performed experiments to probe how the ion and electron transport is impacted within these controlled geometries. By using anodized aluminum oxide as a template, we were able to fabricate both 1D array electrodes and 3D electrodes with varying numbers of interconnections, utilizing vanadium oxide (V2O5) as the active material. We demonstrate that the inherent properties of the electrode material in combination with the structural properties of the electrodes can both positively and negatively impact electrochemical characteristics. Most notably, electrodes with seven interconnecting layers in their structure had 19.7% less capacity at 25C than electrodes with zero interconnecting layers, demonstrating the negative effect of interconnections combined with poor electronic conductivity of V2O5 upon lithiation beyond one Li insertion. These results indicate that a careful consideration of the material and structural properties is needed for the design of high performance battery systems.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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