Self-Template Construction of Hierarchical Bi@C Microspheres as Competitive Wide Temperature-Operating Anodes for Superior Sodium-Ion Batteries

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作者
Yan Wang,Y.D. Kuang,Jie Cui,Xijun Xu,Fangkun Li,Yiwen Wu,Zhaoyu Sun,Weizhen Fan,Yanxue Wu,Jingwei Zhao,Zhiyuan Zeng,Jun Liu,Yanping Huo
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c03453
摘要

Huge volume changes of bismuth (Bi) anode leading to rapid capacity hindered its practical application in sodium-ion batteries (SIBs). Herein, porous Bi@C (P-Bi@C) microspheres consisting of self-assembled Bi nanosheets and carbon shells were constructed via a hydrothermal method combined with a carbothermic reduction. The optimized P-Bi@C-700 (annealed at 700 °C) demonstrates 359.8 mAh g–1 after 1500 cycles at 1 A g–1. In situ/ex situ characterization and density functional theory calculations verified that this P-Bi@C-700 relieves the volume expansion, facilitates Na+/electron transport, and possesses an alloying-type storage mechanism. Notably, P-Bi@C-700 also achieved 360.8 and 370.3 mAh g–1 at 0.05 A g–1 under 0 and 60 °C conditions, respectively. Na3V2(PO4)3//P-Bi@C-700 exhibits a capacity of 359.7 mAh g–1 after 260 cycles at 1 A g–1. These hierarchical microspheres effectively moderate the volume fluctuation, preserving structural reversibility, thereby achieving superior Na+ storage performance. This self-template strategy provides insight into designing high-volumetric capacity alloy-based anodes for SIBs.
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