Non-negligible Influence of Oxygen in Hard Carbon as an Anode Material for Potassium-Ion Batteries

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作者
Zhengyang Liu,Shijie Wu,Yan Lin Song,Tao Yang,Zihui Ma,Xiaodong Tian,Zhanjun Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (42): 47674-47684 被引量:37
标识
DOI:10.1021/acsami.2c12390
摘要

The development of potassium-ion batteries (PIBs) has been impeded by the lack of an appropriate carbon anode material that could accommodate K + with a large ionic radius. Hard carbon with low cost and larger interlayer spacing is a promising anode material for PIBs. However, the impact of oxygen-containing functional groups in hard carbon (HC) is less reported. Herein, a hypercrosslinked polymer (HCLP) is prepared and used for the synthesis of microporous hard carbons with superior structural stability and abundant oxygen-containing functional groups and defects, in which the crosslinking agent provided copious oxygen atoms. It is found that a large number of C═O groups and micropores provide more storage sites for K + . The surface-controlled process is dominated by the reversible reaction of C═O + K + + e – ↔ C–O–K, which directly increases the capacity contribution. The HCs obtained at 600 °C exhibit good cycling and rate performance with an initial specific capacity of about 254.3 mAh g –1 and the capacity retention of 83.2% after 200 cycles at 50 mA g –1 . The capacity reached up to 121 mAh g –1 at 2 A g –1 . A possible capacitive-adsorption mechanism is proposed by kinetic analysis. The redox reaction mechanism between C═O and K + at the HC is clearly also revealed.
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