鈉離子電池(SIBs)因其在豐富性和成本方面的優(yōu)勢(shì)而成為一種替代技術(shù)。然而，實(shí)現(xiàn)它們的實(shí)際應(yīng)用仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

山東大學(xué)熊勝林等通過(guò)熱解鉍基金屬有機(jī)框架納米棒合成了一種由碳納米帶陣列組裝而成的三維框架超結(jié)構(gòu)(Bi@C?CFs)，該碳納米帶陣列裝飾有金屬Bi納米球包覆的碳層，然后作為SIBs的負(fù)極材料。

圖1. 材料制備及表征

源自有機(jī)配體的縱橫交錯(cuò)的碳骨架不僅具有高電導(dǎo)率和快速電子傳輸，而且具有高孔隙率和大表面積，有利于電解液的完全滲透。在充放電過(guò)程中，活性材料表面產(chǎn)生了均勻而薄的SEI，并且電極表面逐漸形成納米孔結(jié)構(gòu)，這提高了活性材料的利用率，并縮短了離子/電子擴(kuò)散長(zhǎng)度，此外，形成的納米多孔結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性，可適應(yīng)循環(huán)期間的大體積變化。

圖2. Bi@C?CFs電極的電化學(xué)性能

由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，Bi@C?CFs作為SIBs的負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性（在5 A g^-1下5000次循環(huán)后為305 mAh g^-1）和超高倍率性能（即使在80 A g^-1仍獲308.8 mAh g^-1）。當(dāng)與有機(jī)正極配對(duì)時(shí)，全電池在1 A g^-1的電流密度下循環(huán)200次后實(shí)現(xiàn)了超過(guò)272 mAh g^-1的高容量。

這項(xiàng)工作提供了一種開(kāi)發(fā)負(fù)極材料的簡(jiǎn)單方法，并為Bi基復(fù)合材料在高性能鈉離子電池系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了有用的見(jiàn)解。

圖3. 電化學(xué)過(guò)程的原位分析

Integrating Bi@C Nanospheres in Porous Hard Carbon Frameworks for Ultrafast Sodium Storage. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202673