秦国辉&马建民Angew.：铋-锑负极动态氢键网络调控K+电池！

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研究内容

锑（Sb）基负极由于其超强的容量和合理的插钾电压而成为钾离子电池（PIBs）的最重要的候选材料之一。然而，缓慢的动力学和较差的界面相容性严重阻碍了其实际应用。

青岛科技大学秦国辉教授和天津工业大学马建民教授利用氢键交换结合（HBEB）位点精心构思，将Bi0.67Sb1.33S3纳米球嵌入原位形成的聚（3,4-乙烯二氧噻吩）交织聚硫辛酸中（PET@PTA）（Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA）。Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA具有突出的自愈能力和宽的温度适应性。Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA在0.05 A g-1条件下显示出819 mAh g-1的容量，在2 A g-1条件下进行500次循环后具有显著的循环能力和73%的容量节约，在-40和70℃条件下钾储存的高容量保留率分别为66%、84%。相关工作以“Dynamic Hydrogen Bonds Network Modulator of Bismuth Antimony Complex Anode for Self-Healable and Wider Temperature Adaptive Potassium Ion Batteries”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。

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研究要点

要点1. 作者通过软PTA网络动态互锁，将微小的Bi0.67Sb1.33S3纳米球（NP）被封装在坚固的PET框架中。KFSI首次被证明在Bi0.67Sb1.33S3的催化下引发TA的开环聚合（ROP）。介孔PET使最先进和连续的离子传导网络能够快速迁移K+，从而显著促进K+的快速传输。高离子导电PET@PTA具有丰富极化功能基团的阴离子FSI-显示出优异的固定化能力。

要点2. 作者通过引入包含两种不同类型的氢物（巯基键和羧基键）的HBEB位点、与Bi0.67Sb1.33S3 NPs的粘合剂/内聚性、提供额外的结合位点以及通过PET/PTA内的氢键交换调整负极的自旋状态，增强其自修复能力。

要点3. Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA显示出显著的倍率性能和循环稳定性，甚至对更宽的温度适应性具有适应性。

该工作阐明了对动态化学工具箱的基本理解以及精心定制的HBEB位点之间的相互作用，促进了构建具有高电化学行为、宽温度适应性和可持续性的超分子聚合物使能阳极的合理电极设计规则。

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研究图文

图1.（a）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA的合成示意图。（b）CFSO2-基团加速TA在Bi0.67Sb1.33S3上的ROP的反应机制。（c-f）通过分子动力学模拟TA、PTA、PET和PET@PTA，计算不同部件之间的相互作用能。（g）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA的TEM。（h）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA的HR-TEM（插图：130晶面）。（i）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA的SAED。（j）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA的STEM/元素分布。（k）Bi0.67Sb1.33S3/PET@TA的XRD。

图2.（a）各组成之间相互作用的示意图。（b）基于Bi0.67Sb1.33S3配合物的FSI的拉曼光谱。（c）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA上的离子溶剂化示意图。（d）KFSI和PET@PTA的ESP分布和（e）前沿分子轨道能级。（f）25℃时Bi0.67Sb1.33S3复合材料上的K+离子迁移数。（g）Bi0.67Sb1.33S3（上方）和Bi0.67Bb1.33S3（下方）的COMSOL多物理K+通量分布。（h）K+在Bi0.67Sb1.33S3配合物上的吸附能。颜色代码：Bi/Sb（紫色）、S（橙色）、C（灰色）、O（红色）、H（白色）、K（蓝色）、黄色表示电子富集，青色表示电子损失。

图3.在0.05 A g-1的初始循环中，Bi0.67Sb1.33S3复合物的SEI中分布的F的（a）充电/放电曲线和（b）TOF-SIMS数据的相应俯视图。（c）Bi0.67Sb1.33S3复合材料，从0.05至2 A g-1的（c）倍率性能和（d）在2 A g-1下的循环性能。（e）Bi0.67Sb1.33S3复合材料的离子迁移通道比较示意图。（f）在最初的两个（脱）钾过程中，原位和原位XRD分析（右：等高线图；左：相应的放电/充电图）。

图4.（a）Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA//PTCDA全电池示意图。预钾化Bi0.67Sb1.33S3/PET@PTA和PTCDA电极的（b）充放电曲线和（c）相应的dQ/dV曲线。（d）在25℃、-40℃和70℃下，从0.05到1 A g-1的倍率性能，（e）室温下不同电流密度下的电荷-放电曲线以及（f）整个器件在0.2 A g-1下的循环性能。

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文献详情

Dynamic Hydrogen Bonds Network Modulator of Bismuth Antimony Complex Anode for Self-Healable and Wider Temperature Adaptive Potassium Ion Batteries

Yihui Liu, Fusheng Liu, Bingbing Liu, Yaoyao Xiao, Guohui Qin,* Jianmin Ma*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202300599