Conversion mechanism of NiCo 2Se 4 nanotube sphere anodes for potassium-ion batteries

电化学 阳极 离子 电解质 电极 材料科学 锂(药物) 纳米技术 化学工程 化学 无机化学 物理化学 有机化学 工程类 冶金 医学 内分泌学
作者
Mingyue Wang,Yang Li,Shanshan Yao,Jiang Cui,Lianbo Ma,Nauman Mubarak,Hongming Zhang,Shi‐Jin Ding,Jang Kyo Kim
标识
DOI:10.26599/emd.2023.9370001
摘要

Given the abundance of potassium resources, potassium-ion batteries are considered a low-cost alternative to lithium-ion types. However, their electrochemical performance remains rather unsatisfactory because potassium ions have sluggish kinetics and large ionic radius. In this study, NiCo2Se4 nanotube spheres are synthesized as efficient potassium storage hosts via a facile two-step hydrothermal process. The rationally designed electrode has various ameliorating morphological and functional features, including the following: (i) A hollow structure allows for relief of the volume expansion while offering an excellent electrochemical reactivity to accelerate the conversion kinetics; (ii) a high electrical conductivity for enhanced electron transfer; and (iii) myriad vacancies to supply active sites for electrochemical reactions. As such, the electrode delivers an initial reversible capacity of 458.1 mAh g−1 and retains 346.6 mAh g−1 after 300 cycles at 0.03 A g−1. The electrode sustains a high capacity of 101.4 mAh g−1 even at a high current density of 5 A g−1 and outperforms the majority of state-of-the-art anodes in terms of both cyclic capacity and rate capability, especially at above 1.0 A g−1. This study not only proves bimetallic selenides are promising candidates for potassium storage devices but also offers new insight into the rational design of electrode materials for high-rate potassium-ion batteries.

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