Enhanced K-storage performance in ultralong cycle-life potassium-ion batteries achieved via carbothermal-reduction-synthesized KVOPO4 cathode

材料科学 碳热反应 电解质 阴极 储能 化学工程 电极 离子 降级(电信) 纳米技术 复合材料 电气工程 物理 工程类 物理化学 功率(物理) 化学 量子力学 碳化物
作者
Junfeng Li,Yunshan Zheng,Kwan San Hui,Kaixi Wang,Chenyang Zha,Duc Anh Dinh,Jiguo Tu,Zongping Shao,Kwun Nam Hui
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:61: 102852-102852 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102852
摘要

Polyanion-type cathode materials have the potential to provide high energy density and long cycling for next-generation potassium ion batteries (PIBs) due to their polyanionic inductive effect and structural stability. However, uncontrolled solid-state synthesis of these materials can lead to native impurity defects, resulting in degradation in the high-voltage operation and capacity drop upon cycling. Here, a carbothermal reduction approach and a stable electrode/electrolyte interface construction regulated by voltage are combined to ensure ultra-long cycling PIBs with the prepared pure-phase KVOPO4 materials. Such a desirable material features a stable 3D crystal framework and numerous K sites, facilitating efficient and sustained K+ diffusion during cycling. Therefore, the high reversibility of K ions storage enables a decent discharge capacity of ∼63 mAhg−1 after 1000 cycles at C/2 and a low-capacity decay of about 0.013% per cycle. Structural characterization and theory calculation demonstrate the exceptional structure and robust electrode/electrolyte interface of KVOPO4, which successfully explains its cycling stability. Furthermore, the full cell using the commercial hard carbon delivers a specific capacity of 60 mAhg−1 at C/2 (based on the active mass of the cathode) after 700 cycles, thus accelerating the practical applications of KVOPO4 materials.
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