Bismuth Confined in Thick Nitrogen-Doped Carbon for Durable Low-Temperature Potassium-Ion Batteries

碳纤维 材料科学 氮气 兴奋剂 离子 无机化学 纳米技术 化学 冶金 复合材料 光电子学 复合数 有机化学
作者
Guanghai Chen,Biao Feng,Gengchen Xu,Qinghua Gong,Yan Li-jie,Changkai Zhou,Jietao Jiang,Lijun Yang,Qiang Wu,Xizhang Wang,Zheng Hu
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (4): 1821-1828 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c03489
摘要

Bismuth is an alloying-type anode for potassium-ion batteries (PIBs) but faces the challenges of large volume expansion and sluggish potassiation/depotassiation kinetics. Herein, a composite of Bi nanoparticles confined in 10 nm-thick nitrogen-doped carbon layer (Bi@NC) exhibits notable rate capability (333 mAh g–1@30 A g–1) and cycling stability (290 mAh g–1@10 A g–1 after 2000 cycles) in K-storage. The high performance of Bi@NC is mainly ascribed to the encapsulation of Bi with thick N-doped carbon and a partial K+-solvent co-intercalation mechanism in the ether-based electrolyte, which enable the formation of a conductive c-K3Bi discharge product and stable solid electrolyte interphase, ensuring loss-free pulverization while avoiding high energy-consuming desolvation, leading to fast charge transfer kinetics even at low temperature. Accordingly, the PIB assembled with the Bi@NC anode and TiS2 cathode exhibits exceptional rate and cycling performance especially at −40 °C. This study provides an advanced Bi@NC anode for PIBs with exceptional low-temperature performance.
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