Hyperporous Sponge Interconnected by Hierarchical Carbon Nanotubes as a High‐Performance Potassium‐Ion Battery Anode

材料科学 阳极 碳纳米管 钾离子电池 插层(化学) 石墨 电极 碳纤维 化学工程 纳米技术 电池(电) 复合材料 复合数 无机化学 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学 磷酸钒锂电池 量子力学
作者
Yunsong Wang,Zhipeng Wang,Yijun Chen,Hui Zhang,Muhammad Yousaf,Huaisheng Wu,Mingchu Zou,Anyuan Cao,Ray P. S. Han
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (32) 被引量:357
标识
DOI:10.1002/adma.201802074
摘要

Recently, commercial graphite and other carbon-based materials have shown promising properties as the anode for potassium-ion batteries. A fundamental problem related to those carbon electrodes, significant volume expansion, and structural instability/collapsing caused by cyclic K-ion intercalation, remains unsolved and severely limits further development and applications of K-ion batteries. Here, a multiwalled hierarchical carbon nanotube (HCNT) is reported to address the issue, and a reversible specific capacity of 232 mAh g-1 , excellent rate capability, and cycling stability for 500 cycles are achieved. The key structure of the HCNTs consists of an inner CNT with dense-stacked graphitic walls and a loose-stacked outer CNT with more disordered walls, and individual HCNTs are further interconnected into a hyperporous bulk sponge with huge macropore volume, high conductivity, and tunable modulus. It is discovered that the inner dense-CNT serves as a robust skeleton, and collectively, the outer loose-CNT is beneficial for K-ion accommodation; meanwhile the hyperporous sponge facilitates reaction kinetics and offers stable surface capacitive behavior. The hierarchical carbon nanotube structure has great potential in developing high-performance and stable-structure electrodes for next generation K and other metal-ion batteries.
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