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Unlocking Few‐Layered Ternary Chalcogenides for High‐Performance Potassium‐Ion Storage

材料科学 插层(化学) 三元运算 离子 扩散 八面体 假电容 储能 化学工程 电极 纳米技术 无机化学 超级电容器 冶金 热力学 物理化学 电容 化学 有机化学 功率(物理) 工程类 物理 程序设计语言 计算机科学
作者
Huajun Tian,Xuechao Yu,Hezhu Shao,Liubing Dong,Yi Chen,Xiaqin Fang,Chengyin Wang,Wei‐Qiang Han,Guoxiu Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (29) 被引量:58
标识
DOI:10.1002/aenm.201901560
摘要

Abstract Potassium‐ion batteries (KIBs) have attracted increasing attention for grid‐scale energy storage due to the abundance of potassium resources, low cost, and competitive energy density. The key challenge for KIBs is to develop high‐performance electrode materials. However, the exploration of high‐capacity and ultrastable electrodes for KIBs remains challenging because of the sluggish diffusion kinetics of K + ions during the charging/discharging processes. This study reports for the first time a facile ion‐intercalation‐mediated exfoliation method with Mg 2+ cations and NO 3 – anions as ion assistants for the fabrication of expanded few‐layered ternary Ta 2 NiSe 5 (EF‐TNS) flakes with interlayer spacing up to 1.1 nm and abundant Se sites (NiSe 4 tetrahedra/TaSe 6 octahedra clusters) for superior potassium‐ion storage. The EF‐TNS deliver a high capacity of 315 mAh g –1 , excellent rate capability (121 mAh g –1 at a current density of 1000 mA g –1 ), and ultrastable cycling performance (81.4% capacity retention after 1100 cycles). Detailed theoretical analysis via first‐principles calculations and experimental results elucidate that K + ions intercalate through the expanded interlayers effectively and prefer to transport along zigzag pathways in layered Ta 2 NiSe 5 . This work provides a new avenue for designing novel ternary intercalation/pseudocapacitance‐type KIBs with high capacity, excellent rate capability, and superior long‐term cycling performance.
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