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作為鉀離子電池（PIBs）負極的石墨替代品，硬碳引起了越來越多的興趣。然而，硬碳負極的實際應用受到其低容量、高電勢平臺和大電勢滯后的阻礙。與石墨納米域耦合的硬碳可以實現(xiàn)具有低電勢平臺和低電勢滯后的穩(wěn)定鉀離子存儲行為。

廣東工業(yè)大學邱學青、張文禮、阿卜杜拉國王科技大學Husam N. Alshareef等通過在可再生木質(zhì)素前體中加入氧化石墨烯（GO）來調(diào)整硬碳負極中的晶格。

圖1 材料制備示意

具體而言，這項工作通過季銨化賦予木質(zhì)素正電荷，從而通過表面靜電組裝捕獲帶負電荷的GO。結果，少量GO添加劑可有效促進硬碳的局部石墨化，同時保持較大的層間距（≈4.2nm），這實現(xiàn)了穩(wěn)定的鉀離子（脫）嵌入行為。優(yōu)化后的硬碳負極具有高可逆容量、優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，與直接碳化木質(zhì)素或氧化石墨烯和商用石墨負極的樣品相比，優(yōu)化的硬碳負極還實現(xiàn)了低電位滯后和高的低電位平臺容量。

圖2 優(yōu)化硬碳的電化學性能表征

進一步，根據(jù)CV結果和非原位/原位電化學測試，作者得出結論，增強的鉀離子存儲歸因于鉀離子嵌入在引入的石墨層中。硬碳負極中石墨層的工程設計有效地提高了鉀離子儲存的倍率能力和穩(wěn)定性?？傮w而言，這項工作提出了一種開發(fā)硬碳負極中石墨層的總體策略，以實現(xiàn)具有低電勢平臺和滯后的穩(wěn)定鉀離子存儲行為。

圖3 鉀離子全電池性能

Engineering of the Crystalline Lattice of Hard Carbon Anodes Toward Practical Potassium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211872

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?邱學青/張文禮AFM：在硬碳負極中引入石墨域助力實用鉀離子電池

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