开发高性能钾离子电池的电极材料能够通过纳米工程设计，旨在优化活性材料/缓冲结构复合结构实现，此类纳米复合物材料展现出对消除K⁺离子插入/脱嵌过程中的体积变化产生的应力，改善电极、离子的导电性。有鉴于此，台湾清华大学Hsing-Yu Tuan等报道了合成镶嵌磷的超小BiSb纳米晶（Bi_xSb_1-x@P，0≤x≤1），该材料的合成过程通过快速方便的室温溶液相沉淀方法得到，该材料展现出增强的K⁺离子插入/脱嵌反应活性。

本文要点：

（1）

材料的增强电池性能由多种原因共同产生：首先，通过调控Bi/Sb原料的比例，将Bi_xSb_1-x纳米晶的活性调至最高。随后在循环过程中，粒径~3 nm的超小Bi_xSb_1-x纳米晶成功修饰在P磷网络中。该纳米晶体有效的缓解较大的体积变化，并抑制了电极的塌陷。此外，磷网络为充放电过程中电子、K⁺离子的传输提供了较好的媒介。随后，由于总电池中较小的电阻，Bi_xSb_1-x@P电极在循环过程中，在界面上形成一层较薄但是非常稳定的固体电解质界面（SEI）。最后，在原位X射线衍射分析K⁺插入/脱嵌的过程中，验证了钾存储过程中路径：(Bi, Sb) ↔ K(Bi, Sb) ↔ K3(Bi, Sb)。

（2）

随后，通过优化作者发现组成为Bi_0.5Sb_0.5@P展现了出色的电化学性能（比容量、倍率容量、循环稳定性都较高），并且Bi_0.5Sb_0.5@P在500 mA g^-1、1 A g^-1中分别进行800次循环、550次循环后，容量保持为295.4 mAh g^-1、339.1 mAh g^-1。此外，作者发现电池在6.5 A g^‑1的倍率中容量仍能达到258.5 mAh g^-1，展现了该电池的杰出倍率性能。

（3）

当使用Bi_0.5Sb_0.5@P作为阳极材料，芘四甲酸二酐（PTCDA）作为阴极用于燃料电池，展现了非碳基钾离子电池阳极材料能够很好的兼容商业化浆涂法电池制作方法。

参考文献

Kuan-Ting Chen and Hsing-Yu Tuan*

Bi-Sb Nanocrystals Embedded in Phosphorus as High-Performance Potassium Ion Battery Electrodes, ACS Nano 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c04203

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c04203