A high-tortuosity holey graphene in-situ derived from cytomembrane/cytoderm boosts ultrastable potassium storage

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作者
Jun Xiao,Xin Min,Yue Lin,Qiyao Yu,Wei Wang,Xiaowen Wu,Yangai Liu,Zhaohui Huang,Minghao Fang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:139: 69-78 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.08.024
摘要

The sluggish K+ kinetics and structural instability of the generally-used graphite and other carbon-based materials hinder the development of potassium-ion batteries (PIBs) for high-rate capability and long-term cycling. Herein, inspired by the unique flake structure and chemical composition of cytomembrane and cytoderm, we design high-tortuosity holey graphene as a highly efficient anode for PIBs. The flake cytomembrane and cytoderm shrink into wrinkled morphology during drying and sintering and then convert into high-tortuosity graphene after oxidative exfoliating and thermal reducing process. Meanwhile, the proteins, sugars, and glycolipids embedded in cytomembrane and cytoderm can in-situ form nanoholes with highly abundant oxygenic groups and heteroatoms around, which can be easily removed and finally the high-tortuosity holey graphene is obtained after a thermal reducing process. The stress distribution after K+ intercalation confirms the optimized release of strain caused by the volume change through the finite element method. Benefiting from the unique nanoholes shortening the ion-diffusion length, the synergy of wrinkled and holey structure stabilizing volume fluctuation, and the enhanced electronic conductivity and specific surface area, the high-tortuosity holey graphene demonstrates high reversible capacities of 410 mAh g–1 at 25 mA g–1 after 150 cycles and retains 91.5% at 2 A g–1 after 2500 cycles.
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