P-Bi2Te3/MXene超结构钾离子电池负极制备及其性能

杨帆 刘争 汪达 许冠南 张业龙 彭章泉

引用本文: 杨帆, 刘争, 汪达, 许冠南, 张业龙, 彭章泉. P-Bi2Te3/MXene超结构钾离子电池负极制备及其性能[J]. 物理化学学报, 2024, 40(2): 230300. doi: 10.3866/PKU.WHXB202303006 shu
Citation:  Fan Yang, Zheng Liu, Da Wang, KwunNam Hui, Yelong Zhang, Zhangquan Peng. Preparation and Properties of P-Bi2Te3/MXene Superstructure-based Anode for Potassium-Ion Battery[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(2): 230300. doi: 10.3866/PKU.WHXB202303006 shu

P-Bi2Te3/MXene超结构钾离子电池负极制备及其性能

    通讯作者: 张业龙, zhangyelong2008@126.com; 彭章泉, zqpeng@dicp.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 22005223

    国家自然科学基金 21975187

    广东省基础与应用基础研究基金 2019A1515012161

    五邑大学青年科研基金 2019Td01

    五邑大学高层次人才科研启动项目 2018RC50

    五邑大学港澳联合研发基金 2019WGALH10

摘要: Bi2Te3钾离子电池负极存在结构不稳定性和电化学反应动力学缓慢问题。本研究在手风琴状MXene基底上生长棒状Bi2Te3,随后利用P掺杂制备了高性能P-Bi2Te3/MXene超结构。这种新型负极具有丰富的Te空位和良好的自适应特性,展现出优异的循环稳定性(在0.2 A·g−1电流密度下200次循环后可逆容量为323.1 mAh·g−1)和出色的倍率能力(20 A·g−1时可逆容量为67.1 mAh·g−1)。动力学分析和非原位表征表明,该超结构具有优异的赝电容特性、出色的K+离子扩散能力以及可逆的嵌入反应和转化反应机理。

English

    1. [1]

      Ma, L. B.; Lv, Y. H.; Wu, J. X.; Xia, C.; Kang, Q.; Zhang, Y. Z.; Liang, H. F.; Jin, Z. Nano Res. 2021, 14 (12), 4442. doi: 10.1007/s12274-021-3439-3

    2. [2]

      丁晓博, 黄倩晖, 熊训辉. 物理化学学报, 2022, 38 (11), 2204057. doi: 10.3866/PKU.WHXB202204057Ding, X. B.; Huang, Q. H.; Xiong, X. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (11), 2204057. doi: 10.3866/PKU.WHXB202204057

    3. [3]

      Din, M. A. U.; Li, C.; Zhang, L. H.; Han, C. P.; Li, B. H. Mater. Today Phys. 2021, 21, 100486. doi: 10.1016/j.mtphys.2021.100486

    4. [4]

      杜忆忱, 张壮壮, 徐一帆, 包建春, 周小四. 物理化学学报, 2022, 38 (11), 2205017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202205017Du, Y. C.; Zhang, Z. Z.; Xu, Y. F.; Bao, J. C.; Zhou, X. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (11), 2205017. doi: 10.3866/PKU.WHXB202205017

    5. [5]

      Min, X.; Xiao, J.; Fang, M. H.; Wang, W.; Zhao, Y. J.; Liu, Y. G.; Abdelkader, A. M.; Xi, K.; Kumar, R. V.; Huang, Z. H. Energy Environ. Sci. 2021, 14 (4), 2186. doi: 10.1039/D0EE02917C

    6. [6]

      Zhang, S. P.; Wang, G.; Wang, B. B.; Wang, J. M.; Bai, J. T.; Wang, H. Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (24), 2001592. doi: 10.1002/adfm.202001592

    7. [7]

      Zhang, W. C.; Mao, J. F.; Li, S.; Chen, Z. X.; Guo, Z. P. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139 (9), 3316. doi: 10.1021/jacs.6b12185

    8. [8]

      Liu, Y. T.; Zhang, P.; Sun, N.; Anasori, B.; Zhu, Q. Z.; Liu, H.; Gogotsi, Y.; Xu, B. Adv. Mater. 2018, 30 (23), 1707334. doi: 10.1002/adma.201707334

    9. [9]

      Zhou, J. W.; Zhang, Y. L.; Liu, Z.; Qiu, Z. P.; Wang, D.; Zeng, Q. G.; Yang, C.; Hui, K. N.; Yang, Y.; Peng, Z. Q.; et al. Sci. China Mater. 2022, 65, 3418. doi: 10.1007/s40843-022-2073-y

    10. [10]

      Li, H. X.; Chen, J. T.; Zhang, L.; Wang, K.; Zhang, X.; Yang, B. J.; Liu, L. Y.; Liu, W. S.; Yan, X. B. J. Mater. Chem. A 2020, 8 (32), 16302. doi: 10.1039/D0TA04912C

    11. [11]

      Tao, L.; Yang, Y. P.; Wang, H. L.; Zheng, Y. long; Hao, H. C.; Song, W. P.; Shi, J.; Huang, M. H.; Mitlin, D. Energy Storage Mater. 2020, 27, 212. doi: 10.1016/j.ensm.2020.02.004

    12. [12]

      Zhang, J.; Lai, L.; Wang, H.; Chen, M.; Shen, Z. X. Mater. Today Energy 2021, 21, 100747. doi: 10.1016/j.mtener.2021.100747

    13. [13]

      Cui, J.; Yao, S. S.; Ihsan-Ul-Haq, M.; Mubarak, N.; Wang, M. Y.; Wu, J. X.; Kim, J. K. ACS Mater. Lett. 2021, 3 (4), 406. doi: 10.1021/acsmaterialslett.0c00627

    14. [14]

      Park, G. D.; Kang, Y. C. Small Methods 2020, 4 (10), 2000556. doi: 10.1002/smtd.202000556

    15. [15]

      Yi, Z.; Qian, Y.; Tian, J.; Shen, K. Z.; Lin, N.; Qian, Y. T. J. Mater. Chem. A 2019, 7 (19), 12283. doi: 10.1039/C9TA02204J

    16. [16]

      Soares, D. M.; Singh, G. Nanotechnology 2021, 32 (50), 505402. doi: 10.1088/1361-6528/ac23f3

    17. [17]

      Romanenko, A. I.; Chebanova, G. E.; Drozhzhin, M. V.; Katamanin, I. N.; Komarov, V. Y.; Han, M.; Kim, S.; Chen, T. T.; Wang, H. C. J. Am. Ceram. Soc. 2021, 104 (12), 6242. doi: 10.1111/jace.17988

    18. [18]

      Ko, J. K.; Jo, J. H.; Kim, H. J.; Park, J. S.; Yashiro, H.; Voronina, N.; Myung, S. Energy Storage Mater. 2021, 43, 411. doi: 10.1016/j.ensm.2021.09.028

    19. [19]

      Zhang, G. Q.; Kirk, B.; Jauregui, L. A.; Yang, H.; Xu, X. F.; Chen, Y. P.; Wu, Y. Nano Lett. 2012, 12 (1), 56. doi: 10.1021/nl202935k

    20. [20]

      Dong, Y. F.; Shi, H. D.; Wu, Z. S. Adv. Funct. Mater. 2020, 30 (47), 2000706. doi: 10.1002/adfm.202000706

    21. [21]

      Cao, Y. P.; Chen, H.; Shen, Y. P.; Chen, M.; Zhang, Y. L.; Zhang, L. Y.; Wang, Q.; Guo, S. J.; Yang, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13 (15), 17668. doi: 10.1021/acsami.1c02590

    22. [22]

      Xu, X. D.; Zhang, Y. L.; Sun, H. Y.; Zhou, J. W.; Liu, Z.; Qiu, Z. P.; Wang, D.; Yang, C.; Zeng, Q. G.; Peng, Z. Q.; et al. Adv. Mater. 2021, 33 (31), 2100272. doi: 10.1002/adma.202100272

    23. [23]

      Zhang, Y. L.; Mu, Z. J.; Yang, C.; Xu, Z. K.; Zhang, S.; Zhang, X. Y.; Li, Y. J.; Lai, J. P.; Sun, Z. H.; Yang, Y.; et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (38), 1707578. doi: 10.1002/adfm.201707578

    24. [24]

      Gabaudan, V.; Berthelot, R.; Stievano, L.; Monconduit, L. J. Phys. Chem. C 2018, 122 (32), 18266. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b04575

    25. [25]

      Kumari, P.; Pal, P.; Shinzato, K.; Awasthi, K.; Ichikawa, T.; Jain, A.; Kumar, M. Int. J. Hydrog. Energy 2020, 45 (34), 16992. doi: 10.1016/j.ijhydene.2019.06.175

    26. [26]

      Aliev, Z. S.; Amiraslanov, I. R.; Nasonova, D. I.; Shevelkov, A. V.; Abdullayev, N. A.; Jahangirli, Z. A.; Orujlu, E. N.; Otrokov, M. M.; Mamedov, N. T.; Babanly, M. B.; et al. J. Alloy. Compd. 2019, 789, 443. doi: 10.1016/j.jallcom.2019.03.030

    27. [27]

      Dong, S.; Yu, D. D.; Yang, J.; Jiang, L.; Wang, J.; Cheng, L. W.; Zhou, Y.; Yue, H.; Wang, H.; Guo, L. Adv. Mater. 2020, 32 (23), 1908027. doi: 10.1002/adma.201908027

    28. [28]

      Qin, T. T.; Chu, X. F.; Deng, T.; Wang, B. R.; Zhang, X.; Dong, T. W.; Li, Z. M.; Fan, X. F.; Ge, X.; Wang, Z. Z.; et al. J. Energy Chem. 2020, 48, 21. doi: 10.1016/j.jechem.2019.12.012

    29. [29]

      Zhan, J.; Long, Y. Y. Ceram. Int. 2018, 44 (12), 14891. doi: 10.1016/j.ceramint.2018.04.189

    30. [30]

      Nan, J. L.; Liu, Y. Q.; Chao, D. Y.; Fang, Y.; Dong, S. J. Nano Res. 2023, 1. doi: 10.1007/s12274-022-5319-x

    31. [31]

      Peng, J.; Pan, Y.; Yu, Z.; Wu, J.; Wu, J.; Zhou, Y.; Guo, Y.; Wu, X.; Wu, C.; Xie, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57 (41), 13533. doi: 10.1002/anie.201808050

    32. [32]

      Zhang, H.; Wang, T. T.; Sumboja, A.; Zang, W. J.; Xie, J. P.; Gao, D.; Pennycook, S. J.; Liu, Z. L.; Guan, C.; Wang, J. Adv. Funct. Mater. 2018, 28 (40), 1804846. doi: 10.1002/adfm.201804846

    33. [33]

      Deng, L. Q.; Chang, B.; Shi, D.; Yao, X. G.; Shao, Y.; Shen, J. X.; Zhang, B. G.; Wu, Y. Z.; Hao, X. P. Renew. Energy 2021, 170, 858. doi: 10.1016/j.renene.2021.02.040

    34. [34]

      Yoon, Y.; Tiwari, A. P.; Choi, M.; Novak, T. G.; Song, W.; Chang, H.; Zyung, T.; Lee, S. S.; Jeon, S.; An, K. Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (30), 1903443. doi: 10.1002/adfm.201903443

    35. [35]

      Gillard, C. H. R.; Jana, P. P.; Rawal, A.; Sharma, N. J. Alloys Compd. 2021, 854, 155621. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155621

    36. [36]

      Cui, J.; Zheng, H. K.; Zhang, Z. L.; Hwang, S.; Yang, X. Q.; He, K. Matter 2021, 4 (4), 1335. doi: 10.1016/j.matt.2021.01.005

    37. [37]

      Lian, P. C.; Dong, Y. F.; Wu, Z. S.; Zheng, S. H.; Wang, X.; Sen Wang; Sun, C. L.; Qin, J. Q.; Shi, X. Y.; Bao, X. H. Nano Energy 2017, 40, 1. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.08.002

    38. [38]

      Cui, R. C.; Zhou, H. Y.; Li, J. C.; Yang, C. C.; Jiang, Q. Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (33), 2103067. doi: 10.1002/adfm.202103067

    39. [39]

      Zhang, W. L.; Ming, J.; Zhao, W. L.; Dong, X. C.; Hedhili, M. N.; Costa, P. M.; Alshareef, H. N. Adv. Funct. Mater. 2019, 29 (35), 1903641. doi: 10.1002/adfm.201903641

    40. [40]

      Wang, J.; Wang, B.; Liu, Z.; Fan, L.; Zhang, Q. F.; Ding, H. B.; Wang, L. L.; Yang, H. G.; Yu, X. Z.; Lu, B. Adv. Sci. 2019, 6 (17), 1900904. doi: 10.1002/advs.201900904

    41. [41]

      Li, Y. P.; Zhang, Q. B.; Yuan, Y. F.; Liu, H. D.; Yang, C. H.; Lin, Z.; Lu, J. Adv. Energy Mater. 2020, 10 (23), 2000717. doi: 10.1002/aenm.202000717

    42. [42]

      Tian, H. J.; Yu, X. C.; Shao, H. Z.; Dong, L. B.; Chen, Y.; Fang, X. Q.; Wang, C. Y.; Han, W. Q.; Wang, G. X. Adv. Energy Mater. 2019, 9 (29), 1901560. doi: 10.1002/aenm.201901560

    43. [43]

      Xu, Y.; Bahmani, F.; Zhou, M.; Li, Y. L.; Zhang, C. L.; Liang, F.; Kazemi, S. H.; Kaiser, U.; Meng, G.; Lei, Y. Nanoscale Horiz. 2019, 4 (1), 202. doi: 10.1039/C8NH00305J

    44. [44]

      Liu, S. T.; Yang, B. B.; Zhou, J. S.; Song, H. H. J. Mater. Chem. A 2019, 7 (31), 18499. doi: 10.1039/C9TA04699B

    45. [45]

      Chao, D. L.; Zhu, C.; Yang, P. H.; Xia, X.; Liu, J.; Wang, J.; Fan, X. F.; Savilov, S. V.; Lin, J. Y.; Fan, H. J.; et al. Nat. Commun. 2016, 7 (1), 12122. doi: 10.1038/ncomms12122

    46. [46]

      Du, Y. Q.; Zhang, B. Y.; Zhang, W. Y.; Jin, H. X.; Qin, J.; Wan, J. Q.; Zhang, J. X.; Chen, G. W. Energy Storage Mater. 2021, 38, 231. doi: 10.1016/j.ensm.2021.03.012

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  2
  • 文章访问数:  325
  • HTML全文浏览量:  21
文章相关
  • 发布日期:  2024-02-15
  • 收稿日期:  2023-03-02
  • 接受日期:  2023-04-10
  • 修回日期:  2023-03-31
  • 网络出版日期:  2023-04-13
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章