Phosphorus-Regulated Nitrogen Sites in Ultrathin Carbon Scrolls for Stable Potassium Storage

阳极 吸附 氮气 化学工程 碳纤维 材料科学 动力学 无机化学 化学 电极 复合材料 有机化学 冶金 物理化学 物理 量子力学 复合数 工程类
作者
Xusheng Dong,Ruizheng Zhao,Haoxiang Di,Boya Wang,Guangzhen Zhao,Tingting Gao,Huapeng Li,Bin Sun,Dongliang Chao,Guowei Zhou
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (7): 8526-8537 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c01073
摘要

Carbonaceous materials are promising potassium-ion battery (PIB) anodes because of their merits of low cost and potentially porous structure. Unfortunately, sluggish kinetics of carbonaceous materials with limited active sites result in unsatisfactory cycling stability and poor rate performance. Herein, high active nitrogen sites are regulated through the additional phosphorus doping in 2D nitrogen-rich porous ultrathin carbon scrolls (P-N/UCS), realizing stable and high-rate potassium storage. Moreover, the P-N/UCS anode affords expanded interlayer distance and enhanced conductive networks with abundant pore structures and defects, which further accelerate charge transfer and K+ diffusion kinetics. Meanwhile, the P-N/UCS anode reveals a large specific surface area and high active N sites, which can expose additional open active sites to boost interfacial K+ adsorption reactions. Theoretical calculations further certify that the P-N/UCS anode can effectively enhance the adsorption capability of K+; thus, potassium storage performance is promoted. As a proof of concept, the as-prepared P-N/UCS anode exhibits a high specific capacity of 382.8 mAh g–1 after 500 cycles at 0.1 A g–1 and long cycle stability of 265.8 mAh g–1 after 2000 cycles at 1.0 A g–1. This work paves an avenue for the further controllable large-scale exploration of high-performance potassium storage anodes.
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