Entropy-Stabilized Layered K0.6Ni0.05Fe0.05Mg0.05Ti0.05Mn0.725O2 as a High-Rate and Stable Cathode for Potassium-Ion Batteries

材料科学 阴极 高熵合金 电化学 氧化物 离子 过渡金属 固溶体 熵(时间箭头) 热力学 化学工程 冶金 物理化学 微观结构 电极 生物化学 化学 物理 量子力学 工程类 催化作用
作者
Yuqing Cai,Wenjing Liu,Fangfei Chang,Su Jin,Xu‐Sheng Yang,Chuanxiang Zhang,Ling Bai,Titus Masese,Ziquan Li,Zhen‐Dong Huang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (41): 48277-48286 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c11059
摘要

Mn-based layered oxides have been considered the most promising cathode candidates for cost-effective potassium-ion batteries (PIBs). Herein, equiatomic constituents of Ni, Fe, Mg, and Ti have been introduced into the transition metal layers of Mn-based layered oxide to design a high-entropy K0.6Ni0.05Fe0.05Mg0.05Ti0.05Mn0.0725O2 (HE-KMO, S = 1.17R). Consequently, the experimental results manifest that the layered structure of HE-KMO is more stable than conventional low-entropy K0.6MnO2 (LE-KMO, S = 0.66R) during successive cycling and even upon exposure to moisture. Diffraction and electrochemical measurements reveal that HE-KMO undergoes a solid-solution mechanism, contrary to the multistage phase transition processes typically exemplified in K0.6MnO2. Benefiting from the stabilized high-entropy layered framework and the solid-solution K+ storage mechanism, the entropy-stabilized HE-KMO not only demonstrates exceptional rate capability but also shows excellent cyclic stability. Notably, a capacity retention ratio of 86% after 3000 cycles can still be sustained at a remarkable current density of 5000 mA g-1.
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