Enhanced electrochemical and environmental stability of black phosphorus-derived phosphorus composite anode for safe potassium-ion battery using amorphous zinc phosphate as a multi-functional additive

材料科学 阳极 纳米复合材料 无定形固体 无机化学 锌 电解质 纳米材料 化学工程 纳米技术 冶金 化学 有机化学 电极 物理化学 工程类
作者
Shunping Ji,Yunshan Zheng,Kwan San Hui,Junfeng Li,Kaixi Wang,Chunyan Song,Huifang Xu,Shuo Wang,Chenyang Zha,Duc Anh Dinh,Zikang Tang,Zongping Shao,Kwun Nam Hui
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:57: 400-410 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.01.036
摘要

Black phosphorus (BP) presents high theoretical capacity as potassium-ion battery (PIB) anode, while low ionic/electronic conductivity for bulk phase and high volume expansion and extremely sensitivity to humid environment for its nanomaterial hinder its practical applications. Here, we propose BP nanocomposites with amorphous zinc phosphate to tackle above problems. The amorphous zinc phosphate plays multifunctional roles in weakening the agglomeration of BP nanomaterials, reducing the volume expansion and improving the environmental stability of BP nanocomposite electrodes in humid air. The optimized amorphous BP nanocomposite anode with 30wt% zinc phosphate, [email protected]@ZPO(30), retains capacity of 369.0 mA h g–1 after 500 cycles at 0.5 A g–1 in a noninflammable triethyl phosphate (TEP) electrolyte, and the volume expansion rate of the [email protected]@ZPO(30) electrode is reduced to 47% compared with [email protected]@ZPO(0) electrode of 100%. More attractively, the amorphous zinc phosphate improves the environmental stability of the nanocomposite electrode in humid air due to its features of strong and fast physical absorption to water. Consequently, the [email protected]@ZPO(30) electrode delivers a reversible capacity of 629.2 mA h g–1 (200 cycles at 0.2 A g–1) even after exposing the electrode to humid air for two days. Such nanocompositing strategy may accelerate the practical application of phosphorus electrode.
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