Novel Ultra‐Stable 2D SbBi Alloy Structure with Precise Regulation Ratio Enables Long‐Stable Potassium/Lithium‐Ion Storage

材料科学 锂(药物) 合金 离子 化学工程 纳米技术 结晶学 无机化学 冶金 有机化学 化学 医学 工程类 内分泌学
作者
Xi Liu,Xinying Wang,Yunfeng Zhou,Bingchun Wang,Ligong Zhao,Zheng He,Jianbo Wang,Junhao Liu,Jiangwen Liu,Yunyong Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202308447
摘要

The inferior cycling stabilities or low capacities of 2D Sb or Bi limit their applications in high-capacity and long-stability potassium/lithium-ion batteries (PIBs/LIBs). Therefore, integrating the synergy of high-capacity Sb and high-stability Bi to fabricate 2D binary alloys is an intriguing and challenging endeavor. Herein, a series of novel 2D binary SbBi alloys with different atomic ratios are fabricated using a simple one-step co-replacement method. Among these fabricated alloys, the 2D-Sb0.6 Bi0.4 anode exhibits high-capacity and ultra-stable potassium and lithium storage performance. Particularly, the 2D-Sb0.6 Bi0.4 anode has a high-stability capacity of 381.1 mAh g-1 after 500 cycles at 0.2 A g-1 (≈87.8% retention) and an ultra-long-cycling stability of 1000 cycles (0.037% decay per cycle) at 1.0 A g-1 in PIBs. Besides, the superior lithium and potassium storage mechanism is revealed by kinetic analysis, in-situ/ex-situ characterization techniques, and theoretical calculations. This mainly originates from the ultra-stable structure and synergistic interaction within the 2D-binary alloy, which significantly alleviates the volume expansion, enhances K+ adsorption energy, and decreases the K+ diffusion energy barrier compared to individual 2D-Bi or 2D-Sb. This study verifies a new scalable design strategy for creating 2D binary (even ternary) alloys, offering valuable insights into their fundamental mechanisms in rechargeable batteries.
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