石墨負(fù)極在鋰離子電池中備受關(guān)注，但其在鉀離子電池中一直存在許多局限性。電池在充放電的過程中，鉀離子在石墨晶格中的脫嵌會造成體積變化，且擴(kuò)散系數(shù)很低。

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相較于石墨，含有幾個碳層的納米碳材料將是KIB的理想負(fù)極，超薄的碳層可以使鉀離子快速脫嵌。如果再通過雜原子摻雜引入缺陷，那電池的各方面性能都將大幅度提高。

有鑒于此，阿卜杜拉國王科技大學(xué)Husam N. Alshareef等人制備了一種氮摻雜、富缺陷的納米碳材料，并將其用于鉀離子電池負(fù)極。

通過控制乙二胺四乙酸鎳配位化合物的熱解溫度，可以進(jìn)一步調(diào)控納米碳材料的缺陷密度。

XRD表征說明隨著溫度提高，(002)峰越來越強(qiáng)，說明碳材料趨近于結(jié)晶化，且GNC600, GNC700和GNC800的缺陷值分別為2.04,? 6.63, 和14.5。拉曼圖中ID/IG的比值也可進(jìn)一步證明XRD表征。GNC600, GNC700和GNC800的比表面積分別為305.1, 196.1和122.7 m2 g?1，總孔容分別為0.616, 0.561和0.419 cm3 g?1。在XPS中，sp2/(sp2 + sp3)的比值分別為63.7%, 78.0%和83.4%。

GNC800材料的CV有兩組峰，C1, A1和C2, A2，均與擴(kuò)散控制的法拉第過程有關(guān)。首圈0.7 V的還原峰是電極材料界面處SEI的形成。隨著掃速的增加，A1和A2逐漸向高電位移動，而C2和C1逐漸向低電位偏移，進(jìn)一步表現(xiàn)出擴(kuò)散控制的法拉第過程。通過計算，A2和C2的b值分別為0.826和0.885，表現(xiàn)出快速法拉第反應(yīng)過程；而C1和A1的b值分別為0.503和0.526，表現(xiàn)處擴(kuò)散控制的法拉第行為。

該納米碳材料的電化學(xué)性能非常優(yōu)異，600 °C下制備的GNCs材料在50 mA g^?1的電流密度下容量為280 mAh g^?1。在200?mA g^?1?的電流密度下循環(huán)200圈，仍舊有189 mA g^?1的容量可以保留。

作者通過多種表征方法證實(shí)了GNCs的鉀離子儲存機(jī)理不同于石墨的鉀離子儲存機(jī)理，簡單地說，富缺陷的GNCs材料更適合鉀離子嵌入。

在非原位TEM表征中，初始電極材料的晶格間距為0.342nm，當(dāng)鉀離子嵌入之后，晶格間距擴(kuò)大到0.386nm，對應(yīng)著KC₂₄的形成。當(dāng)放電至電位為0.001V時，出現(xiàn)KC₈，其晶格間距為0.362nm，隨后鉀離子脫出，晶格間距回到初始值。

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該工作以“Graphitic Nanocarbon with Engineered Defects for High‐PerformancePotassium‐Ion Battery Anodes” 為標(biāo)題于2019年6月22日發(fā)表在國際頂刊Adv.Funct. Mater.上。

Graphitic Nanocarbon with EngineeredDefects for High‐Performance Potassium‐Ion Battery Anodes. (Adv. Funct.Mater., 2019，DOI: 10.1002/adfm.201903641)

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201903641