深圳先進院研發出高氮摻雜的多孔微晶碳鉀電負極材料

    中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團隊聯合香港城市大學教授李振聲成功研發出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料,其作為鉀離子電池負極表現出高容量和長循環特性。由于鉀儲量豐富、與鋰接近的標準氫電極電勢等特性,使得鉀基儲能器件在規?;瘍δ茴I域具有良好的應用前景。然而,由于鉀離子的離子半徑較大,不僅阻礙了其在電極材料中的嵌入或脫出,動力學緩慢,還會導致電極材料發生較大的體積變化,使得循環穩定性較差。因此,亟待開發針對于鉀離子存儲的高效低成本電極活性材料?;谏鲜隹紤],唐永炳及其團隊成員常興奇、周小龍、歐學武等人成功研發出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料,其多孔結構有利于鉀離子的快速擴散,而含有大量微晶碳納米片有利于鉀離子的插層與吸附。研究表明:這種高氮摻雜微晶碳納米材料的電化學反應為擴散反應與贗電容反應協同作用機理,其作為鉀電負極具有410mA·h/g的高容量,并且在5A/g的大電流密度下可逆循環3000次后的容量保持率約為70%。該工作為設計高性能鉀電負極材料提供了新策略。

   
    高氮摻雜微晶碳的結構及儲鉀性能:(
aSEM形貌表征(bTEM顯微結構(cXPS成分分析(d)低電流密度下的電池容量(e5A/g大電流下的長循環性能

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