Discrete Graphitic Crystallites Promise High‐rate Ion Intercalation for KC8 Formation in Potassium Ion Batteries

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作者
Qi Li,Hongjie Zhang,Zhengyu Chen,Jun Zhang,Ying Tao,Quan‐Hong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:12 (35) 被引量:31
标识
DOI:10.1002/aenm.202201574
摘要

Abstract Graphite has paved the way for commercial lithium‐ion batteries and shows great potential as an anode for high‐energy potassium‐ion batteries (PIBs) due to its low‐potential charge/discharge plateau. However, the restricted diffusion of large K + in graphite causes difficulties in generating the stage‐one graphite‐intercalation compound (GIC) KC 8 at high rates and results in a low plateau capacity and an inferior rate performance. It is discovered that the formation of high‐stage GICs (prior to KC 24 ) is the rate‐controlling step of K + intercalation, which is key to forming KC 8 . Here, a carbon anode material containing the medium‐size discrete graphitic crystallites is reported, produced by heating non‐graphitizable carbon above 2800 °C. This carbon anode material promotes the formation of KC 8 due to the accelerated K + diffusion especially at the rate‐controlling step and the sufficient reactive sites, which leads to a record‐high plateau capacity of 293 mAh g −1 and an excellent rate performance with 180 mAh g −1 at 500 mA g −1 . For comparison, the respective values for graphite are only 242 and 51 mAh g −1 . This study provides new insights into K + ‐intercalation chemistry and shall promote the design of carbon anode materials for high‐energy and high‐power PIBs and even other energy storage systems.
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