In Situ Composite Strategy of O/F-Dual-Doped Soft–Hard Carbon Anode Promotes Ultrafast and Highly Durable Potassium Storage Performance

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作者
Xiaoyi Lü,Junjie Zhou,Xingyu Li,Peng Han-dong,Chenglong Shi,Fangqing Liu,Le Huang,Zhipeng Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (20): 29708-29719 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.5c04171
摘要

Soft-hard carbon has been regarded as a suitable anode material for potassium-ion batteries (PIBs) due to synergistic effects between hard carbon (HC) and soft carbon. However, the cost-effective and precise structural control of these carbons remains a significant challenge. In this study, O/F-dual-doped soft-hard carbon (OFPC) composite materials with a porous honeycomb-like structure are simply synthesized by using an in situ, low-temperature pyrolysis strategy. It is observed that the outer wall of HC is uniformly and closely wrapped by a soft carbon layer, ensuring excellent electrical conductivity and charge-transfer kinetics. Furthermore, O/F codoping in soft-hard carbon can preserve rich defects and active sites while enlarging the interlayer spacing (0.413 nm). As an anode for PIBs, OFPC demonstrates obviously reducing polarization, long-life cycling stability (93% capacity retention rate over 3000 cycles at 1 A g-1), and rapid K+ transport kinetics (reversible capacity retention of 47.1% at 5 A g-1 compared to that at 0.1 A g-1). Particularly noteworthy is the continuous structural self-optimization during the cyclic charge/discharge process to adapt to the large radius of K+, which can be monitored and quantified by kinetic analysis and in situ/ex situ Raman spectra. This work provides a facile strategy to develop promising carbon anodes for advanced PIBs.
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