Fast Potassium Storage in Hierarchical Ca0.5Ti2(PO4)3@C Microspheres Enabling High‐Performance Potassium‐Ion Capacitors

材料科学 阳极 阴极 功率密度 离子 化学工程 储能 电极 纳米技术 物理化学 热力学 化学 功率(物理) 冶金 物理 工程类 有机化学
作者
Zhongyu Zhang,Malin Li,Yu Gao,Zhixuan Wei,Meina Zhang,Chunzhong Wang,Yi Zeng,Bo Zou,Gang Chen,Fei Du
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:28 (36) 被引量:187
标识
DOI:10.1002/adfm.201802684
摘要

Abstract Hybrid potassium‐ion capacitors (KICs) show great promise for large‐scale storage on the power grid because of cost advantages, the weaker Lewis acidity of K + and low redox potential of K + /K. However, a huge challenge remains for designing high‐performance K + storage materials since K + ions are heavier and larger than Li + and Na + . Herein, the synthesis of hierarchical Ca 0.5 Ti 2 (PO 4 ) 3 @C microspheres by use of the electrospraying method is reported. Benefiting from the rich vacancies in the crystal structure and rational nanostructural design, the hybrid Ca 0.5 Ti 2 (PO 4 ) 3 @C electrode delivers a high reversible capacity (239 mA h g −1 ) and superior rate performance (63 mA h g −1 at 5 A g −1 ). Moreover, the KIC employing a Ca 0.5 Ti 2 (PO 4 ) 3 @C anode and activated carbon cathode, affords a high energy/power density (80 W h kg −1 and 5144 W kg −1 ) in a potential window of 1.0–4.0 V, as well as a long lifespan of over 4000 cycles. In addition, in situ X‐ray diffraction is used to unravel the structural transition in Ca 0.5 Ti 2 (PO 4 ) 3 , suggesting a two‐phase transition above 0.5 V during the initial discharge and solid solution processes during the subsequent K + insertion/extraction. The present study demonstrates a low‐cost potassium‐based energy storage device with high energy/power densities and a long lifespan.
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