Unveiling Interstitial Anionic Electron-Driven Ultrahigh K-Ion Storage Capacity in a Novel Two-Dimensional Electride Exemplified by Sc3Si2

离子 材料科学 阳极 电子 电极 金属 吸附 碱金属 化学物理 纳米技术 化学工程 化学 物理化学 冶金 物理 工程类 有机化学 量子力学
作者
Yuanzheng Chen,Haifei Qin,Jun Zhou,Tong Yang,Bai Sun,Yuxiang Ni,Hongyan Wang,Simon A. T. Redfern,Maosheng Miao,Hai‐Qing Lin,Yuan Ping Feng
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:13 (32): 7439-7447 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.2c01888
摘要

Two-dimensional (2D) electrides, characterized by excess interstitial anionic electron (IAE) in a crystalline 2D material, offer promising opportunities for the development of electrode materials, in particular in rechargeable metal-ion batteries applications. Although a few such potential electride materials have been reported, they generally show low metal-ion storage capacity, and the effect of IAE on the ion storage performance remains elusive so far. Here we report a novel 2D electride, [Sc3Si2]1+·1e-, with fascinating IAE-driven high alkali metal-ion storage capacity. In particular, its K-ion specific capacity can reach up to 1497 mA h g-1, higher than any previously reported 2D materials-based anodes in K-ion batteries (PIBs). The IAE in the [Sc3Si2]1+·1e- crystal accounts for such high capacity behavior, which can drift away and balance the charge on the metal-cation, playing a crucial role in stabilizing the metal-ion adsorption and enhancing multilayer-ions adsorption. This proposed IAE-driven storage mechanism provides an unprecedented avenue for the future design of high storage capacity electrode materials.

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