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

山東大學(xué)熊勝林等通過熱解鉍基金屬有機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的負極材料。

圖1. 材料制備及表征

源自有機配體的縱橫交錯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/電子擴散長度，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

由于獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，Bi@C?CFs作為SIBs的負極材料時表現(xiàn)出優(yōu)異的長期循環(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）。當與有機正極配對時，全電池在1 A g^-1的電流密度下循環(huán)200次后實現(xiàn)了超過272 mAh g^-1的高容量。

這項工作提供了一種開發(fā)負極材料的簡單方法，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)用提供了有用的見解。

圖3. 電化學(xué)過程的原位分析

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