Confined graphitization induced pore generation for designing novel potassium-ion battery carbon anode with large capacity and ultra-long cycle life

阳极 电池(电) 钾离子电池 材料科学 碳纤维 化学工程 离子 化学 复合材料 电极 冶金 复合数 磷酸钒锂电池 有机化学 工程类 物理 物理化学 功率(物理) 量子力学
作者
Jieqi Chen,Haiyan Zhang,Bingbing Li,Xiaolin Li,Jingxun Chen,Meng Ning,Zhenghui Li
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:229: 119511-119511 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2024.119511
摘要

Carbon is one of the most superior anode materials for K-ion batteries but faces the challenges of low capacity and poor cycle stability. In general, the K+ storage capacity depends on the graphitized carbon layers and defective structure, while the cycle stability can be enhanced by constructing sufficient nanospace to alleviate the volume expansion during the potassiation/depotassiation process. However, the above structures are difficult to integrate into a single carbon material because graphitization often eliminates defects and pore structures. In this work, we find that ultrathin carbon sheets have a confined graphitization effect, which allows the carbon layer to orientationally arrange at a low heating-treatment temperature. More importantly, this orientational arrangement causes size shrinkage, inducing structural splitting on the faces of the carbon sheets and producing abundant defects and a large number of pores. Based on this, we obtain a novel carbon with highly graphitized, large-surface-area and defect-rich frameworks, which gives a K+ storage capacity of 358 mAh g−1, and after 4000 cycles, this carbon shows no obvious capacity degradation, with a capacity retention rate of nearly 100 %. Carbon anodes of K-ion batteries with such large capacity and long cycling life have rarely been achieved before.
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