西北大学《ACS AMI》：花瓣状Bi@C纳米球锚定在多孔石墨烯纳米片上作为稳定钠离子和钾离子电池的阳极

成果简介

铋（Bi）因其独特的优势，如低成本、高理论重量容量（386 mAh g–1）和优异的容量（3800 mAh cm–3），已成为钠离子和钾离子电池阳极的潜在候选者。然而，Bi在合金化/脱合金反应中的低电导率和巨大的体积膨胀对循环稳定性极为不利，严重阻碍了其实际应用。为了克服这些问题，本文，西北大学王贝贝 助理研究员/王惠教授（通讯作者）等研究人员在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Bi@C Nanospheres with the Unique Petaloid Core–Shell Structure Anchored on Porous Graphene Nanosheets as an Anode for Stable Sodium- and Potassium-Ion Batteries”的论文，研究提出了一个合理的方案：首次一步合成了具有独特花瓣状核壳结构的Bi@C纳米球，然后与不同含量的石墨烯（GR）结合形成复合材料的纳米片Bi@C@GRBi@C。

这具有核壳结构的Bi@C纳米球有利于缩短电子/离子的传输路径，降低循环过程中颗粒结构破裂的风险。此外，Bi@C纳米球和多孔GR的结合可以大大提高导电性，防止颗粒聚集，有利于更好的循环稳定性和速率性能。因此Bi@C@GR-2在0.1 a g–1条件下，钠储存（80次循环中300 mAh g–1）和钾储存（70次循环中200 mAh g–1）具有优异的可逆容量。此外，通过原位电化学阻抗谱和非原位透射电子显微镜分析和反映Bi@C @GR-2电极在充放电过程中的动力学反应机制和相变

图文导读

图1. Bi@C@GR复合材料的制造示意图。

图2. (a,b) SEM 图像，(c) 粒度分布直方图，(d-g) TEM和HRTEM 图像，(h-j) EDS 映射图像，以及 (k) Bi@ 的EDS线扫描C。

图3. Bi@C@GR-2 的(a-c)SEM图像、(d-g)TEM和HRTEM图像以及(h-k)EDS映射图像。

图4. (a) Bi@C 、Bi@C @GR-1、Bi@C @GR-2、Bi@C @GR-3 和 GR 的XRD谱。(b) Bi@C @GR-1、Bi@C @GR-2、Bi@C @GR-3 和 GR 的拉曼光谱。(c) N 2吸-解吸等温线，(d) 孔隙分布和 (e) Bi@C @GR-1、Bi@C @GR-2 和Bi@C @GR-3 的电导率。(f–i) Bi@C@GR-2的XPS全光谱和 Bi4f、C1s 和 O1s 光谱。

图5、电化学性能

图6. (a) Bi@C @GR-2电极在不同放电/充电电位下第1、5 和 10次循环的原位EIS光谱以及PIB 的相应充放电曲线。Bi@C@GR-2电极在第一个循环中（b-e）0.005 和（f-i）3.0 V 的TEM、HRTEM 和EDS映射图像。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.1c16946