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Hollandite-type potassium titanium oxide with exceptionally stable cycling performance as a new cathode material for potassium-ion batteries

材料科学 钙长石 阴极 相(物质) 氧化还原 无机化学 离子 分析化学(期刊) 化学工程 冶金 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Jae Hyeon Jo,Hee Jae Kim,Najma Yaqoob,Kyuwook Ihm,Oliver Guillon,Kee‐Sun Sohn,Naesung Lee,Payam Kaghazchi,Seung‐Taek Myung
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:54: 680-688 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.11.015
摘要

For the first time, we introduce hollandite-type K0.17TiO2, in which potassium ions are located at the center of a (2 × 2) tunnel structure, as a potential cathode material for potassium-ion batteries. Density functional theory calculation predicts the possibility of K+ insertion into the hollandite-type tunnel structure via a single-phase reaction. Operando X-ray diffraction and X-ray absorption spectroscopy analyses verify that potassium ions are de-/intercalated from/into the crystal structure of K0.17TiO2, accompanied by a Ti4+/Ti3+ redox reaction. The single-phase reaction is sustainable for long-term cycling, with exceptionally high operation voltage over 2.5 V. The hollandite-type K0.17TiO2 cathode delivers a reversible capacity of 60 mAh g−1 at 5 C (1.55 A g−1), with excellent capacity retention of over 98% of the initial capacity for 1000 cycles. This performance is related to the single-phase reaction with good structural stability. This work presents a facile approach that enables the use of a cathode with stable tunnel structure for potassium-ion batteries.
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