Rigid‐Flexible Coupling Realized by Synergistic Engineering of the Graphitic‐Amorphous Architecture for Durable and Fast Potassium Storage

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作者
Mingchi Jiang,Ning Sun,Bin Cao,Xuyang Jian,Razium Ali Soomro,Bin Xu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (3): e2410966-e2410966 被引量:8
标识
DOI:10.1002/advs.202410966
摘要

Graphite anodes hold great potential for potassium-ion batteries (PIBs), yet their practical application is hindered by poor cycle performance caused by substantial interlayer expansion. Herein, a partial graphitic carbon (PGC) is elaborately engineered via the catalytic effect of ferric citrate using pitch as a carbon precursor. Systematically varying the catalyst content enables an optimal PGC design integrating a highly graphitized phase providing abundant active sites for K-ion intercalation, balanced with an amorphous carbon region that accommodates volume expansion and facilitates ion diffusion. The optimized PGC12 electrode exhibits a high reversible capacity of 281.9 mAh g-1, characterized by a prolonged low-potential plateau region, and excellent cycle stability with a capacity retention of 94.8% after 300 cycles. It also realizes an impressive rate capability with a retained capacity of 222.2 mAh g-1 at 1 C. Moreover, the assembled K-ion full-cell delivers an exceptional energy density of 148.2 Wh kg-1. In-situ XRD and DFT simulations further verify the distinct phase transition mechanisms and reaction dynamics across different carbon configurations. This work elucidates the impact of carbon configurations on K-storage performance and proposes a structural model for efficient K-ion storage, which is instrumental in the rational design and advancement of carbon anodes in PIBs.
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