Encapsulating Antimony metal nanoparticles in hierarchical porous carbon skeleton as high-performance potassium- and lithium-ion batteries anodes

锑 阳极 锂(药物) 材料科学 纳米颗粒 钾 多孔性 金属锂 碳纤维 金属 化学工程 无机化学 纳米技术 化学 冶金 电极 复合材料 复合数 物理化学 内分泌学 工程类 医学
作者
Zheng Li,Yuan Gao,Shuangsheng Xiong,Shengmei Wang,Li Hou,Jiashuai Zhang,Faming Gao
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:1002: 175308-175308 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2024.175308
摘要

Metallic antimony (Sb) as alkaline metal battery anode material, being thoroughly researched for its high theoretical specific capacity, but there is still a huge expansion problem with repeated insertion/de-insertion., We reported a unique composite material that encapsulates Sb nanoparticles in hierarchical porous carbon skeletons (Sb@HPCs) in this work, to explore the effect of the hierarchical porous carbon structure on the electrochemical performance of the Sb@HPCs as potassium-ion batteries (KIBs) and lithium-ion batteries (LIBs) anode materials. The macropores could promote the penetration of electrolyte, thus reducing the internal impedance of the battery. The mesopores provide a short ion diffusion path and a large diffusion region, which plays a crucial role in facilitating rapid ionic migration in both KIBs and LIBs. The micropores in the electrode material contribute to a larger specific surface area, which provides more surface area for charge storage, thus enhancing the energy density of the material. Importantly, when the Sb@HPCs composite material is applied as anode material of KIBs, it exhibits an outstanding specific capacity of 360 mAh g-1 after 100 cycles at 100 mA g-1. In the LIBs, the specific capacity of the composite material is 595.2mAh g-1 after 100 cycles at a current density of 0.1 A g-1; even at a high current density of 1.0 A g-1, the specific capacity still maintains at 320.4 mAh g-1 after 800 cycles, indicating an excellent cycling stability. The development of hierarchical porous three-dimensional structure offers a practical solution to the capacity degradation issues of metal anode in KIBs/LIBs.
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