Coupling Sb2WO6 microflowers and conductive polypyrrole for efficient potassium storage by enhanced conductivity and K+ diffusivity

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作者
Ruiqi Tian,Hehe Zhang,Zeyu Yuan,Yuehua Man,Jianlu Sun,Jianchun Bao,Ming‐Sheng Wang,Xiaosi Zhou
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:89: 250-258 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.10.018
摘要

Although metal oxide compounds are considered as desirable anode materials for potassium-ion batteries (PIBs) due to their high theoretical capacity, the large volume variation remains a key issue in realizing metal oxide anodes with long cycle life and excellent rate property. In this study, polypyrrole-encapsulated Sb2WO6 (denoted Sb2WO6@PPy) microflowers are synthesized by a one-step hydrothermal method followed by in-situ polymerization and coating by pyrrole. Leveraging the nanosheet-stacked Sb2WO6 microflower structure, the improved electronic conductivity, and the architectural protection offered by the PPy coating, Sb2WO6@PPy exhibits boosted potassium storage properties, thereby demonstrating an outstanding rate property of 110.3 mA h g−1 at 5 A g−1 and delivering a long-period cycling stability with a reversible capacity of 197.2 mA h g−1 after 500 cycles at 1 A g−1. In addition, the conversion and alloying processes of Sb2WO6@PPy in PIBs with the generation of intermediates, K2WO4 and K3Sb, is determined by X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy, and ex-situ X-ray diffraction during potassiation/depotassiation. Density functional theory calculations demonstrate that the robust coupling between PPy and Sb2WO6 endues it with a much stronger total density of states and a built-in electric field, thereby increasing the electronic conductivity, and thus effectively reduces the K+ diffusion barrier.
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