铋（Bi）因其在碱性溶液中的高度可逆氧化还原反应、低成本和安全性而在水系储能方面具有巨大的应用潜力。然而，Bi基电池仍然存在Bi负极性能有限、输出电压不理想等问题。

近日，中山大学卢锡洪教授，Xiaoqing Liu报道了通过同时构建氧官能化的Bi纳米颗粒嵌入在多孔炭（Bi@C）骨架中，作为负极提高电化学活性，以及采用电解质去耦来提高电池电压，从而解决了上述问题。

文章要点

1）研究人员通过一种简单有效的KOH辅助热解方法，成功地在Bi纳米颗粒上获得了具有均匀氧化表面的Bi@C骨架。

2）研究发现，原位形成的氧化表面有利于OH^-离子在Bi纳米粒子表面的吸附，从而极大地提高了其电化学反应性和可逆性。此外，这些Bi纳米颗粒很好地包裹在碳结构中，可以有效地抑制其在充放电过程中的聚集和结构损伤，确保了优异的耐久性。同时，碳骨架可以充当电子电荷传输的有效互连路径。

3）实验结果显示，当放电电流密度为3 A g^-1时，Bi@C电极的基准容量为347.2 mAh g^-1（0.94 mAh cm^-2），接近Bi的理论值（384.8 mAh g^-1）。它还具有高倍率性能和出色的长期循环性能（9500次充放电循环后容量仅损失约4%）。此外，，通过将Bi@C骨架负极与MnO2正极配对，所组装的新型可充电碱-酸Bi-MnO₂混合电池的放电电压达到了创纪录的1.62 V，具有长期循环稳定性（1900次循环后容量保持率超过95%）和约213 W/h kg-1的高能量密度（基于电极的总重量）。

这项工作有望对通过电极设计适当提高水系Bi基电池的能量密度提供指导。

参考文献

Yanxia Yu , Haozhe Zhang , Fan Yang , Yinxiang Zeng , Xiaoqing Liu , Xihong Lu , Bismuth nanoparticles@carbon composite as a stable and high capacity anode for high-voltage bismuth-manganese batteries, Energy Storage Materials (2021)

DOI：10.1016/j.ensm.2021.06.042

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.06.042