Reduced graphene oxide bubbles boosting 3D hierarchically porous carbon confined transition metal chalcogenides for high-performance Na/K-ion capacitors

石墨烯 材料科学 氧化物 介孔材料 电容 电化学 电极 纳米技术 阳极 碳纤维 纳米颗粒 化学工程 复合材料 化学 冶金 复合数 生物化学 工程类 物理化学 催化作用
作者
Yan Lin Song,Xiao Hui Sun,Lanlan Li,Chengwei Zhang,Fuxing Yin
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:204: 219-230 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.12.060
摘要

Confining active nanoparticles in hierarchically porous carbon to construct intercalation and conversion coupling mechanisms is one promising way to achieve high-performance energy storage electrodes. However, this carbon with fragile mesoporous walls always suffer from fragmentation during the ion intercalation/deintercalation process, which would lead to the blocking of the whole electron transport network and the detachment of active particles, resulting in the capacity attenuation. Herein, reduced graphene oxide (rGO) bubbles are successfully introduced into N-doped hierarchically porous carbon (rGO-NPC) confined conversion-type nanoparticles to enhance their electrochemical performance. The rGO bubbles not only can afford an uninterrupted electron transport network, accelerating the reaction kinetics of active nanoparticles, and thus improving the capacity, but also can buffer the volume change of porous carbon, maintaining the integrity of electrode materials, and thereby, enhancing the cycling performance. With FeS2 as an example, when employed in Na/K-ion capacitors (SICs/KICs), the FeS2@rGO-NPC electrode can reach a high maximum energy/power density (110 Wh kg−1/20935 W kg−1 for SICs and 134 Wh kg−1/17973 W kg−1 for KICs) with a great cycling performance (82%/91% of capacitance retentions at 2 A g−1 after 10000/15000 cycles for SICs/KICs). This work indicates a promising way for designing porous carbon-based anodes with high-performance for alkali metal ions storage.

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