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王波/張迪AFM:金屬納米顆粒與含氧官能團協同,實現碳負極快速穩定儲鉀

王波/張迪AFM:金屬納米顆粒與含氧官能團協同,實現碳負極快速穩定儲鉀
碳材料表面接枝的含氧官能團(OFGs)可作為活性位點可逆地儲存鉀,同時有助于形成穩定的固態電解質界面層,從而提高容量和循環穩定性。然而,過量的OFGs會破壞導電性,從而導致電子轉移電阻增加,進而造成倍率低下。
王波/張迪AFM:金屬納米顆粒與含氧官能團協同,實現碳負極快速穩定儲鉀
圖1 材料制備及表征
河北科技大學王波、張迪等從理論上證明了嵌入的金屬Co粒子可以與OFGs中的C-O-C分子協同作用,加速鉀離子吸附(△E = -1.62 eV),并調節電子結構,從而保證高容量和高倍率。
有鑒于此,植入Co的O-摻雜碳得到了很好的應用,此外,作者發現熱解溫度可以有效調節Co含量和C-O-C比例。各種表征表明,引入的Co不僅顯著提高了C-O-C對鉀離子的吸附能力,而且催化了石墨碳的生成。
王波/張迪AFM:金屬納米顆粒與含氧官能團協同,實現碳負極快速穩定儲鉀
圖2 Co@C-850樣品的電化學性能
得益于這些優勢(如吸附能力和導電性能的增強),最佳Co含量和C-O-C比例的樣品具有254.7 mAh g-1的高容量和優異的倍率能力(在2 A g-1條件下為202.9 mAh g-1),同時具有超過2000次循環的長循環穩定性,顯著優于之前報道的大多數碳負極。
這項工作為應用金屬納米粒子和表面官能團物種的協同效應開發高性能鉀離子電池提供了新的視角。
王波/張迪AFM:金屬納米顆粒與含氧官能團協同,實現碳負極快速穩定儲鉀
圖3 全電池性能
Cobalt Nanoparticles Synergize with Oxygen-Containing Functional Groups to Realize Fast and Stable Potassium Storage for Carbon Anode. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304753

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