Quasi‐Topological Intercalation Mechanism of Bi0.67NbS2 Enabling 100 C Fast‐Charging for Sodium‐Ion Batteries

插层(化学) 材料科学 阳极 Atom(片上系统) 相(物质) 扩散 化学物理 电极 纳米技术 化学工程 体积膨胀 体积热力学 动力学 结合能 原位 储能 光电子学 调制(音乐)
作者
Zhuoran Lv,Hengyue Xu,Wenjing Xu,Baixin Peng,Chendong Zhao,Miao Xie,Ximeng Lv,Yusha Gao,Keyan Hu,Yuqiang Fang,Wujie Dong,Fuqiang Huang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (25) 被引量:90
标识
DOI:10.1002/aenm.202300790
摘要

Abstract Alloying‐type bismuth with high volumetric capacity has emerged as a promising anode for sodium‐ion batteries but suffers from large volume expansion and continuous pulverization. Herein, a coordination constraint strategy is proposed, that is, chemically confining atomic Bi in an intercalation host framework via reconstruction‐favorable linear coordination bonds, enabling a novel quasi‐topological intercalation mechanism. Specifically, micron‐sized Bi 0.67 NbS 2 is synthesized, in which the Bi atom is linearly coordinated with two S atoms in the interlayer of NbS 2 . The robust Nb−S host framework provides fast ion/electron diffusion channels and buffers the volume expansion of Na + insertion, endowing Bi 0.67 NbS 2 with a lower energy barrier (0.141 vs . 0.504 eV of Bi). In situ and ex situ characterizations reveal that Bi atom alloys with Na + via a solid‐solution process and is constrained by the reconstructed Bi−S bonds after dealloying, realizing complete recovery of crystalline Bi 0.67 NbS 2 phase to avoid the migration and aggregation of atomic Bi. Accordingly, the Bi 0.67 NbS 2 anode delivers a reversible capacity of 325 mAh g −1 at 1 C and an extraordinary ultrahigh‐rate stability of 226 mAh g −1 at 100 C over 25 000 cycles. The proposed quasi‐topological intercalation mechanism induced by coordinated mode modulation is expected to be be conducive to the practical electrode design for fast‐charging batteries.
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