Bismuth: A new anode for the Na-ion battery

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作者
Dawei Su,Shi Xue Dou,Guoxiu Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:12: 88-95 被引量:284
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2014.12.012
摘要

Bismuth nanoparticles wrapped by graphene have been synthesized. Refined X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy analyses have revealed the phase, crystal structure, and morphology of the [email protected] nanocomposite. When applied as anode in Na-ion batteries, [email protected] nanocomposite exhibited a high reversible sodium storage capacity of about 561 mA h g−1 within the 2.0–0.01 V voltage range and 358 mA h g−1 within the 0.9–0.3 V voltage range. Ex-situ X-ray diffraction measurements were used to study the reaction mechanism with Na. It was found that bismuth does not follow the alloying mechanism with Na, and surprisingly, an intercalation process has been evidenced. The as-prepared [email protected] nanocomposite also demonstrated excellent high rate performance. This superior electrochemical performance could be ascribed to the unique layered crystal structure of Bi, which has large interlayer spacing along the c-axis (d(003)=3.95 Å) to accommodate the Na ions. Furthermore, the three-dimensional architecture of the [email protected] nanocomposite also contributes to better conductivity and stability of the electrodes. Via density function theory calculations, it was found that the Bi could provide facile sites for Na ion diffusion and accommodation, based on the intercalation mechanism instead of the alloying process.
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