Potassium-enriched graphite for use as stable hybrid anodes in high-efficiency potassium batteries

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作者
Yu Lei,Siwei Zhang,Jiahui Dong,Yueteng Gao,Chongwei Gao,Yaojie Wei,Lei Qin,Da Han,Daqing Huang,Guodan Wei,Qiang Cai,Feiyu Kang
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:201: 1030-1037 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2022.09.088
摘要

Potassium-ion batteries (PIBs) have attracted significant attention due to their low cost and high energy density. Despite being a promising anode candidate for PIBs, graphite is still plagued by limited capacity and fast capacity degradation with low coulombic efficiency (CE). Herein, we propose a high-capacity and highly stable potassium-enriched graphite (KRG) anode which surpasses the limitation of parent graphite. The KRG is characteristic of possessing the potassium-graphite intercalation compounds as a potassiophilic host for uniform and high-efficiency plating/stripping of potassium metal. The robust mixed conducting network possessed by the KRG is beneficial for mitigating drastic volume change of the electrode and improving ion/electron transport. A specific capacity of ∼520 mAh/g was demonstrated for KRG anode as the optimized value to maximize the capacity storage while suppressing dendrites growth. With a stable solid-electrolyte interphase buildup, the KRG/Prussian blue full cell with a controlled anode/cathode capacity ratio of 1.1:1 can deliver a high capacity of 108 mAh/g with a CE of 99% after 180 cycles at 1C. Our results provide valuable insights into the rational design of graphitic anodes for high-energy-density PIBs.
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