吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

水系碱金属离子电池因其高安全性、低成本、易组装等优点受到了广泛的研究。开发存储碱金属离子(Li+、Na+和K+)的高容量、高倍率性、高稳定性的电极材料是水系碱金属离子电池的研究重点。铋(Bi)金属作为一种(脱)合金机制的电极材料,具有高的理论容量(385 mAh g1)、低的还原电位 (~ −0.8 V vs. SCE )、无毒、无枝晶、无记忆性等优势,在近年受到广泛关注。然而,Bi金属对于Li+、Na+和K+的存储行为和性能表现出很大差异性。

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Fig.1典型的存储碱金属离子的负极材料氧化还原电位比较


【文章要点】

近日,吉林大学材料科学与工程学院郑伟涛团队在自然基金委重点项目资助下,于Energy Storage Materials期刊上发表了题为“Mechanistic Insights into the Electrochemical Li/Na/K-ion Storage for Aqueous Bismuth Anode”的研究论文。该工作通过ex-XANES, SXES, HRTEM和 DFT比较了Bi金属对碱金属离子(Li+、Na+和K+)存储(脱)合金行为和性能的差异。结果表明,Bi金属表现出优越的储K+220 mAh g−1 @ 8 A g−1)和Na+ (245 mAh g−1 @ 8 A g−1) 比容量,然而储Li+比容量只有26 mAh g−1(2 A g−1);Bi金属在Na+电解液表现出最优良的循环稳定性,而在K+和Li+电解液中容量衰减严重。Bi金属储Li+性能差是由于Bi金属电极与Li+之间存在过大的吸附能,Li+在Bi金属中快速动力学慢,同时不可逆的LiBi合金残留于电极中。半径最大的K+导致Bi电极的体积膨胀严重,导致稳定性差。由于Bi和Na+之间具有适宜的相互作用强度和反应动力学,Bi在Na+存储方面表现出优异的性能。本文第一作者是吉林大学博士生秦婷婷和广东工业大学张文礼教授,通讯作者为吉林大学张伟教授、樊晓峰教授和郑伟涛教授。

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究


图文导读

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Fig.2 Bi金属电极对于Li+、Na+和K+存储性能对比图


吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Fig.3 Bi金属电极在锂化和脱锂态下的结构演变


吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Fig.4 Bi金属电极对Li+、Na+和K+的吸附位点和吸附能计算


吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Fig.5 Bi金属电极在不同电位下软X射线谱图(SXES)和X射线近边吸收谱(XANES)


厦大魏湫龙课题组:NVP@C@CNTs与MCMB“天仙配”,首效高达88.7%,5000次循环,容量保持率72.7%!

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

网络研讨会|SECM在电催化机理研究中的应用/固态电解质中的电化学研究

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

浙江大学范利武团队RSER综述展望文章:相变储热的“快充”途径——接触熔化机制的研究进展与未来展望

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Cu集流体表面改性助力实现高动力学无负极Li2S电池

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

NaOOC-COF基准固态全有机钠离子电池

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

华中科大黄云辉课题组:SexSy正极材料在碳酸酯中的电化学行为及机理研究

2021-12-01

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

Nat Commun: 清华大学和桂林电科院联手揭示锂铟负极奥秘

2021-11-30

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

利用能带对齐改善固态电解质-锂金属界面

2021-11-30

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

周豪慎课题组:单晶富锂正极材料最新进展

2021-11-30

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

陕科大杨艳玲/南昆士兰陈志刚CEJ:以丝绵材料为基底制备钠离子电池柔性负极材料

2021-11-30

吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究


参考文献

Tingting Qin, Wenli Zhang, Yue Ma, Wei Zhang, Taowen Dong, Xianyu Chu, Tian Li, Zizhun Wang, Nailin Yue, Hongyan Liu, Lirong Zheng, Xiaofeng Fan, Xingyou Lang, Qing Jiang, Weitao Zheng, Mechanistic Insights into the Electrochemical Li/Na/K-ion Storage for Aqueous Bismuth Anode, Energy Storage Materials (2021), doi: 

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.11.032.


吉林大学郑伟涛团队EnSM: 水系Bi金属电极碱金属离子储能机制的研究

本文由能源学人编辑liuqiwan发布整理,非特别说明为独家版权,转请注明出处:https://nyxr-home.com/65708.html

参考文献: