太原理工大学研发新型铋纳米花：助力高性能钠离子电池

成果简介

铋（Bi）具有合适的电位和较高的理论容量，因此作为钠离子电池（SIB）的阳极备受关注。然而，循环过程中巨大的体积变化会导致电化学性能严重下降，从而限制了其实际应用。本文，太原理工大学王孝广教授团队在《Small》期刊发表名为“Novel Bismuth Nanoflowers Encapsulated in N-Doped Carbon Frameworks as Superb Composite Anodes for High-Performance Sodium-Ion Batteries”的论文，研究通过简便的溶热法和碳化策略，将 Bi 纳米流封装在掺杂 N 的碳框架中，从而构建了一种新型 Bi@NC 复合材料。

精心设计的复合结构赋予Bi@NC均匀分散的Bi纳米花以减轻衰减，而N掺杂碳框架提高了整个电极的导电性和离子传输。在钠离子半电池方面，该电极表现出较高的比容量（0.1Ag-1时为384.8mAh g-1）和优异的速率性能（10Ag-1 时为 341.5mAh g-1），在10Ag-1 下循环5000次后，容量保持率仍为 94.9%。此外，Na3V2(PO4)3 阴极和 Bi@NC 阳极组装的全电池在0.1Ag-1 下可提供 251.5mAh g-1 的高容量，在 5.0Ag-1 下循环 2000次后，每次容量衰减仅为 0.009%。这项工作为钠离子电化学存储技术领域的高性能电极提供了一种便捷、低成本和环保的方法。

图文导读

图1、Bi@NC制备过程示意图。

图2、样品的微观结构表征

图3、a） XRD 图谱和 b） Bi@NC复合和纯 Bi 纳米晶体的拉曼光谱。c） Bi@NC复合材料的热重曲线。d） N2样品的吸附/解吸等温线和孔径分布（插入）。

图4、电极的电化学性能。

图5、NVP//Bi@NC全电池的电化学性能

图6、钠吸附理论模拟

小结

综上所述，通过低成本、简便和可扩展的策略，将设计良好的Bi纳米花均匀封装在N掺杂碳框架中的新型Bi@NC复合材料构建为SIBs的先进负极材料。本工作为高效储能电极的设计提供了一条有吸引力的途径，研究结果为长寿命、低成本、高性能钠离子电池的商业化实现提供了新的前景。

文献：

https://doi.org/10.1002/smll.202304265