Artigo | Ab initio investigation of ZnV2O4, ZnV2S4, and ZnV2Se4 as cathode materials for aqueous zinc-ion batteries

Baterias de íons de zinco (ZIBs) que empregam eletrólitos aquosos surgiram como uma das alternativas mais promissoras para baterias de íons de lítio (LIBs). No entanto, o desenvolvimento de ZIBs é dificultado pela escassez de materiais de cátodo com propriedades eletroquímicas adequadas. Neste trabalho, investigamos as propriedades únicas dos compostos de óxido de vanadato de zinco e sulfeto de como materiais de cátodo, com foco em suas estruturas cristalinas, desempenho eletroquímico, características espectroscópicas e aplicações potenciais em ZIBs. Além disso, investigamos um novo material de cátodo, seleneto de vanadato de zinco, construído pela substituição de enxofre por selênio na estrutura cúbica de ZVS.

Nossas descobertas revelam que esses compostos exibem propriedades eletrônicas e eletroquímicas distintas, embora tenham propriedades magnéticas semelhantes devido ao fato de que o vanádio tem o mesmo estado de oxidação em todos os três compostos. Em média, ZVS se destaca como o candidato mais promissor para cátodos de ZIBs, seguido por ZVO. ZVSe, mostra desempenho eletroquímico mais baixo e também tem a desvantagem óbvia de ser mais caro do que os compostos à base de enxofre e oxigênio. Nossos resultados teóricos se alinham estreitamente com os dados experimentais disponíveis, tanto para propriedades eletroquímicas quanto para espectroscopia de raios X e fotoelétrons, onde uma comparação pode ser feita.