High-Entropy Conversion-Alloying Anode Material for Advanced Potassium-Ion Batteries

阳极 材料科学 离子 锂离子电池的纳米结构 纳米技术 化学工程 冶金 化学 电极 物理化学 有机化学 工程类
作者
Zhenzhen Wang,Shuangyan Qiao,Meng Ma,Ting Li,Huan Liu,Shi Xue Dou,Shaokun Chong
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (15): 15148-15160 被引量:67
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c03792
摘要

Conversion-alloying dual-mechanism materials are considered as promising anodes for potassium-ion batteries (KIBs) owing to multielectron transfer with high theoretical specific capacity and low operating voltage, whereas large lattice strain and sluggish kinetics hinder the rate and cyclability ability. Herein, a high-entropy telluride (HET, Sb 1.4 Bi 0.2 Sn 0.2 Co 0.1 Mn 0.1 Te 3 ) is proposed as an advanced anode material for KIBs. The disordered coordination environment originated from high-entropy composition assists HET to eliminate band gap, enhance K-ion adsorption capability, and lower K-ion migration barrier, thereby contributing superior electrochemical dynamics behavior. It is verified that HET stores K-ion via a conversion-alloying dual-reaction mechanism employing Sb, Bi, Sn, Co, and Mn ions as redox sites for charge compensation, where great structure stability with the suppressed volume variation can be achieved for HET benefited from high-entropy and “cocktail” effects. Robust KF-rich solid electrolyte interface film is tailored on HET via compatible KFSI-based electrolyte chemistry. Therefore, HET delivers a high initial specific capacity of 376.5 mAh·g –1 at 50 mA·g –1, outstanding rate performance (175.7 mAh·g –1 at 2000 mA·g –1 ), and great cycling stability with long lifespan over 500 cycles. Besides, a high-energy-density (428.8 Wh·kg –1 ) K-ion full battery is assembled. This work offers a compelling avenue for achieving high-performance anode material for KIBs via a high-entropy strategy.
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