Bismuth nanorods confined in hollow carbon structures for high performance sodium- and potassium-ion batteries

纳米棒 材料科学 阳极 电解质 化学工程 功率密度 纳米技术 粒径 碳纤维 电极 复合材料 冶金 化学 复合数 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Hongli Long,Xiuping Yin,Xuan Wang,Yufeng Zhao,Liuming Yan
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:67: 787-796 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.11.011
摘要

Bismuth has drawn widespread attention as a prospective alloying-type anode for sodium-ion batteries (SIBs) and potassium-ion batteries (PIBs) due to its large volumetric capacity. However, such material encounters drastic particle pulverization and overgrowth of solid-electrolyte interphase (SEI) upon repeated (de)alloying, thus causing poor rate and cycling degradation. Herein, we report a unique structure design with bismuth nanorods confined in hollow N, S-codoped carbon nanotubes ([email protected]) fabricated by a solvothermal method and in-situ thermal reduction. Ex-situ SEM observations confirm that such a design can significantly suppress the size fining of Bi nanorods, thus inhibiting the particle pulverization and repeated SEI growth upon charging/discharging. The as achieved [email protected] demonstrates outstanding rate capability for SIBs (96.5% capacity retention at 30 A g−1 vs. 1 A g−1), and a record high rate performance for PIBs (399.5 mAh g−1 @ 20 A g−1). Notably, the as constructed full cell (Na3V2(PO4)3@C|[email protected]) demonstrates impressive performance with a high energy density of 219.8 W h kg−1 and a high-power density of 6443.3 W kg−1 (based on the total mass of active materials on both electrodes), outperforming the state-of-the-art literature.
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