铋（Bi）基钾离子电池（KIBs）负极因其高容积比容量（3800 mA h mL−1）而备受关注。然而，Bi基材料在循环过程中面临着巨大的体积变化。
近日，中科大余彦教授报道了开发了纳米铋（0D-Bi）、Bi纳米分支(1D-Bi)、Bi纳米片（2D-Bi）和三维连续体多孔Bi（3D-Bi）等一系列不同维数的Bi材料。深入研究了不同尺寸Bi材料在合金化/脱合金化反应中的形态演变过程。并对维度调控如何提高Bi基电极在动力学优化、电子传递加速、充放电时的机械稳定性等方面的性能进行了全面的了解。
文章要点
1）2D-Bi衍生的连续多孔Bi纳米晶显示出最稳定的结构，能够适应循环过程中巨大的体积变化。此外，深入的X射线光电子能谱（XPS）揭示了二甲氧基乙烷（DME）衍生的固体电解质界面（SEI）膜的化学组成和结构。
2）得益于独特的衍生结构和坚固的SEI膜，2D-Bi实现了卓越的长期循环稳定性（10 A g−1下750次循环后的344 mA h g−1）和出色的倍率性能（相对于1 A g−1时的容量，30 A g−1时的容量保持率为88.3%）。当与普鲁士蓝（PB）正极配对时，组装的全电池（2D-Bi//PB）具有较高的能量密度（174 W h kg−1，475 W kg−1）和稳定的循环性能。
3）通过X-射线衍射（XRD）分析，研究人员发现二次钾化过程后形成了立方K3Bi，进一步揭示了其详细的储钾机理。
这些研究有助于推进Bi系材料在KIBs中的理论研究和实际应用。
参考文献
Xiaolong Cheng, et al, From 0D to 3D: Dimensional Control of Bismuth for Potassium Storage with Superb Kinetics and Cycling Stability, Adv. Energy Mater, 2021
DOI: 10.1002/aenm.202102263
https://doi.org/10.1002/aenm.202102263
