Constructing resilient solid electrolyte interphases on carbon nanofiber film for advanced potassium metal anodes

电解质 材料科学 阳极 成核 化学工程 碳纳米纤维 法拉第效率 微观结构 碳纤维 碳化 纳米纤维 复合材料 电极 化学 碳纳米管 物理化学 有机化学 工程类 复合数 扫描电子显微镜
作者
Rui Min Zhou,Hong Tan,Yao Gao,Zhen Xiu Hou,Xiaoqiong Du,Biao Zhang
出处
期刊:Carbon [Elsevier BV]
卷期号:186: 141-149 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2021.10.023
摘要

Stable cycling of potassium metal anodes in classic carbonate electrolytes remains a great challenge. Three-dimensional carbon hosts have been widely adopted to address the low Coulombic efficiency and devastated dendrite growth, but a correlation between the carbon microstructure and potassium plating/stripping stability has yet to be established. Here, stark contrasted carbonization temperatures, i.e., 800 and 2800 °C, are applied to electrospun carbon nanofiber (CNF) films for regulating graphitization degree. The resulted CNFs demonstrate distinct stability when serving as hosts for potassium metal anodes. We reveal that the carbon microstructure has a huge impact on not only the nucleation and diffusion of the K ions but also the mechanical properties of solid electrolyte interphases (SEIs). The maximum elastic deformation energy (U), which reveals the combined effects of Young's modulus and yield strain, is utilized to reflect the capability of SEI in accommodating the electrode deformation upon K deposition. The CNFs prepared at 2800 °C benefit the formation of a high U-value SEI. Consequently, it exhibits a small polarization and an ultra-long life of over 2000 h at 0.5 mA cm−2 in the carbonate electrolyte.
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