Ultrafine Antimony Nanocrystals/Phosphorus Pitaya-Like Nanocomposites as Anodes for High-Performance Sodium-Ion Batteries

纳米复合材料 材料科学 阳极 纳米晶 透射电子显微镜 化学工程 电化学 离子 纳米颗粒 纳米技术 冶金 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Xiang-Ting Zheng,Kuan‐Ting Chen,Yi‐Kong Hsieh,Hsing‐Yu Tuan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (50): 18535-18544 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c06477
摘要

Ultrafine (3–5 nm in diameters) antimony (Sb) nanocrystals embedded in phosphorus (P) pitaya-like nanocomposites (Sb/P composites) were fabricated via a facile chemical precipitation synthesis. In this pitaya-like structure, P as a buffer matrix could effectively mitigate volume expansion/contraction of Sb and enhance the structural integrity during the Na+-insertion/extraction process. Moreover, P acted as an active material to contribute capacity for the overall active material, resulting in Na-ion storage capacity higher than that of mono-Sb. When regarded as anode materials, Sb/P nanocomposites delivered a capacity of 795.9 mA h g–1 and maintained great cyclability (478.1 mA h g–1 at 800 mA g–1 over 500 cycles). Furthermore, the rate capability (341.5 mA h g–1 at 32 A g–1) was better than the reported literature under higher current density. Most importantly, operando X-ray diffraction and ex situ transmission electron microscopy results were carried out to investigate the structural evolutions of Sb/P, indicating the electrochemical mechanism of the Na3Sb and Na3P alloys during the cycling process, which imply that both Sb and P in the nanocomposite could react with Na ions completely. This work possesses an innovative material morphology and replaces the general carbon-based buffer matrix with phosphorus so that the pitaya-like Sb/P composites may become a good alternative in a Na-ion system.

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