山东大学徐立强教授课题组--类蒲公英状Bi2S3/rGO分级微米球作为钾离子和半/全钠离子电池的高性能负极材料

钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）被认为是下一代电池极具吸引力的替代品，由于钾和钠在地球上很丰富，容量大且适宜的电压，因此具有广阔的应用前景。然而，迄今为止，双功能高性能负极的设计和应用仍然是一个巨大的挑战。硫化铋因其独特的层状结构，相对较大的层间距离，可容纳较大半径的离子，高理论容量和高体积容量等而适合用作负极材料。在本研究中，蒲公英样Bi₂S₃/rGO分级微球作为PIBs的负极材料显示出可逆容量，在100 mA·g^-1的电流密度下，1200次循环后可保持206.91 mAh·g^-1的容量。作为SIBs的负极材料，在2 A·g^-1条件下循环300次后，其初始库伦效率高达97.43%。即使在10 A·g^-1的高电流密度下，经过3,400个循环，仍可以保留120.3 mAh·g^-1。成功组装的Na₃V₂(PO₄)₃@ rGO // Bi₂S₃/ rGO钠离子全电池，在100 mA·g^–1循环60次后表现出稳定的性能。以上结果表明，Bi₂S₃/ rGO具有作为PIBs和SIBs高性能双功能负极的应用潜力。

Scheme 1 Bi₂S₃/rGO分层微球的制备过程示意图。

Figure 1 (a-c) Bi₂S₃的FESEM图像。(d) Bi₂S₃/ rGO和HRTEM图和相应的晶格间距。Bi₂S₃/rGO的(e)和(f) FESEM图，(g)和(h) TEM图。(i)元素映射(C, Bi, S)。

Figure 2 Bi₂S₃/rGO复合材料的(a) TGA曲线，(b) N₂吸附/脱附曲线，(c) XRD谱图，(d) XPS谱和 (e) Bi 4f, S 2p, c 1s谱。

Figure 3 Bi₂S₃/rGO钾离子半电池的电化学性能。

Figure 4 (a)不同扫描速率下的CV曲线。(b) log(i)和log(v)的线性关系。(c)扫描速率为0.8 mV·s^-1时CV剖面的电容贡献(紫色区域)。(d)不同扫描速率下赝电容贡献率。

Figure 5 Bi₂S₃/rGO电极用于SIBs的电化学性能。

Figure 6 (a) 200 mA·g^-1时的首次充放电曲线。(b)不同电压状态下Bi₂S₃/rGO电极对应的异位XRD谱图。(c) Na₃V₂(PO₄)₃@ rGO // Bi₂S₃/ rGO钠离子全电池的工作原理。(d)一个完整电池照明LED灯的图像。(e)全电池的首次充放电曲线。(f) 在100 mA·g^-1下全电池的循环性能。

相关研究成果于2021年由山东大学徐立强教授课题组，发表在Nano Research（https://doi.org/10.1007/s12274-021-3407-y）上。原文：Dandelion-Like Bi₂S₃/rGO hierarchical microspheres as high-performance anodes for potassium-ion and half/full sodium-ion batteries。