Synergistic Vacancy and Amorphization Engineering in BiOCl Heterostructures Enable Ultrafast Potassium‐Ion Storage

材料科学 空位缺陷 离子 超短脉冲 异质结 化学工程 纳米技术 化学物理 光电子学 结晶学 冶金 有机化学 光学 工程类 物理 化学 激光器
作者
Fangjie Mo,Zhiwang Liu,Hongyan Li
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (2) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202513591
摘要

Abstract Slow diffusion kinetics and structural stability have hindered the development of anode materials employed in potassium ion batteries. In this work, the oxygen vacancy (O V ) concentration in BiOCl is modulated by varying the solvothermal time to improve the anode material properties. Specifically, O V ‐rich BiOCl synthesized with a reaction time of 10 hours (BiOCl‐10 h) exhibit expanded interlayer spacing and the presence of amorphous regions. These structural features synergistically improve both electron/ion transport kinetics and electrode stability. Ex situ transmission electron microscopy and in situ X‐ray diffraction reveal a dual reaction mechanism: an irreversible conversion of BiOCl to Bi, followed by a reversible Bi‐K alloying process. This unique structural configuration effectively disperses the K insertion‐induced stresses and promotes the formation of Bi intermediates for sustained alloying reactions, achieving a high initial Coulombic efficiency (78.2%). Remarkably, BiOCl‐10 h delivers 285.2 mAh g −1 at 50 A g −1 while maintaining 82.5% versus 1 A g −1 , exhibiting notable high‐rate behavior compared to recently reported works. Long‐term cycle at 20 A g −1 retains 205 mAh g −1 after 1500 cycles, highlighting structural robustness. Practical application is demonstrated through a fully battery‐powered LED screen and continuous light emission from light strips. This research provides novel concepts for the study of layered anode materials.
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