Ultrafast-kinetics, ultralong-cycle-life, bifunctional inorganic open-framework for potassium-ion batteries

材料科学 阳极 阴极 插层(化学) 双功能 电极 化学工程 纳米技术 离子 无机化学 物理化学 催化作用 化学 生物化学 工程类 有机化学
作者
Jingze Bao,Wenzhuo Deng,Jiandongyong Liu,Chuan‐Fu Sun
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:42: 806-814 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.029
摘要

Abstract Sluggish solid-state K+-migration kinetics and electrode material degradation represent two critical issues facing K-ion batteries. Here we report a new inorganic-open-framework (IOF) compound K0.76V0.55Nb0.45OPO4 (KVNP, synthesized through aliovalent substitution) which, as a bifunctional electrode material, simultaneously mitigates these issues on both anode and cathode sides. The distinctive IOF crystal structure enables a low K+-migration energy barrier (0.16 eV) even surpassing the Li+ counterpart in state-of-the-art LiCoO2/LiFePO4 (0.21/0.55 eV) and consequently achieves fast-charging capability and high energy efficiency. Equally important, KVNP undergoes exceptionally small lattice-volume changes upon cycling (7.1% on anode and 3.1% on cathode, versus 10% for graphite anode and 6.8% for LiFePO4 cathode in commercial Li-ion batteries). This intrinsic low-strain feature ensures high structural stability against K+-ion (de)intercalation and ultralong cycle lives of > 18 months for both KVNP anode and cathode (versus
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