Bi/Bi3Se4 nanoparticles embedded in hollow porous carbon nanorod: High rate capability material for potassium-ion batteries

纳米棒 阳极 材料科学 纳米颗粒 碳纤维 化学工程 纳米技术 电极 复合材料 化学 复合数 冶金 工程类 物理化学
作者
Zhisong Chen,Yuanji Wu,Xi Liu,Yiwei Zhang,Lichun Yang,Hongyan Li
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:81: 462-471 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.02.050
摘要

Considering their superior theoretical capacity and low voltage plateau, bismuth (Bi)-based materials are being widely explored for application in potassium-ion batteries (PIBs). Unfortunately, pure Bi and Bi-based compounds suffer from severe electrochemical polarization, agglomeration, and dramatic volume fluctuations. To develop an advanced bismuth-based anode material with high reactivity and durability, in this work, the pyrolysis of Bi-based metal–organic frameworks and in-situ selenization techniques have been successfully used to produce a Bi-based composite with high capacity and unique structure, in which Bi/Bi3Se4 nanoparticles are encapsulated in carbon nanorods (Bi/Bi3Se4@CNR). Applied as the anode material of PIBs, the Bi/Bi3Se4@CNR displays fast potassium storage capability with 307.5 mA h g−1 at 20 A g−1 and durable cycle performance of 2000 cycles at 5 A g−1. Notably, the Bi/Bi3Se4@CNR also showed long cycle stability over 1600 cycles when working in a full cell system with potassium vanadate as the cathode material, which further demonstrates its promising potential in the field of PIBs. Additionally, the dual potassium storage mechanism of the Bi/Bi3Se4@CNR based on conversion and alloying reaction has also been revealed by in-situ X-ray diffraction.
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