Unraveling the advances of trace doping engineering for potassium ion battery anodes via tomography

材料科学 兴奋剂 电解质 阳极 电池(电) 离子 纳米技术 阴极 电极 光电子学 化学 物理化学 量子力学 物理 功率(物理) 有机化学
作者
Zhenjiang Yu,Ruhong Li,Kedi Cai,Yudong Yao,Junjing Deng,Shuaifeng Lou,Mi Lu,Qinmin Pan,Geping Yin,Zaixing Jiang,Jiajun Wang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:58: 355-363 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2020.10.026
摘要

Doping have been considered as a prominent strategy to stabilize crystal structure of battery materials during the insertion and removal of alkali ions. The instructive knowledge and experience acquired from doping strategies predominate in cathode materials, but doping principle in anodes remains unclear. Here, we demonstrate that trace element doping enables stable conversion-reaction and ensures structural integrity for potassium ion battery (PIB) anodes. With a synergistic combination of X-ray tomography, structural probes, and charge reconfiguration, we encode the physical origins and structural evolution of electro-chemo-mechanical degradation in PIB anodes. By the multiple ion transport pathways created by the orderly hierarchical pores from “surface to bulk” and the homogeneous charge distribution governed in doped nanodomains, the anisotropic expansion can be significantly relieved with trace isoelectronic element doping into the host lattice, maintaining particle mechanical integrity. Our work presents a close relationship between doping chemistry and mechanical reliability, projecting a new pathway to reengineering electrode materials for next-generation energy storage.
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