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鉀離子宿主緩慢的氧化還原動力學和嚴重的體積變化是鉀離子混合電容器（PIHC）和鉀離子電池（PIB）的挑戰性問題。

圖1. 材料制備示意

哈爾濱師范大學鄧超等介紹了一種新型三元磷硒化鈷（CoPSe）@N/P共摻雜碳（NPC）復合材料，該復合材料具有應力消除結構，可用作PIHC和PIB的負極。

具體而言，超細CoPSe納米晶體嵌入N和P共摻雜碳基質中以形成球形單元，然后將得到的“納米球”封裝在輪胎狀中空框架中，以構建“輪胎包球”（BIT）結構。雙碳裝飾和BIT結構的超細晶體都有利于電子/離子的快速傳輸，并顯著降低內應力。

同時，三元CoPSe晶體與N/P共摻雜碳基體之間的強界面相互作用有利于復合材料的快速動力學和高穩定性。此外，這種CoPSe@NPCBIT復合材料是首次通過一種簡單的生物合作方法構建的，其中局部生物燃燒、原位磷化和硒化同步。

圖2. 儲鉀機制研究

密度函數理論（DFT）結果顯示，CoPSe@NPC異質結構的內在導電性能得到了改善，鉀的吸附和擴散能力得到了增強。有限元模擬（FEA）表明，在離子嵌入/脫出過程中，BIT結構內部存在均勻分布的壓抑應力。電化學結果表明，在鉀離子體系中，CoPSe@NPC BIT復合材料具有卓越的高倍率能力和出色的循環穩定性。

此外，基于CoPSe@NPC BIT負極制備的PIHCs和PIBs全電池表現出高能量密度、高功率密度和長期循環的高耐久性。更令人印象深刻的是，這兩個器件在不同的外部變形或寬溫度范圍內均表現出良好的耐濫用性，這使它們成為有前途的電源，以用于不同的應用。

圖3. PIB全電池性能

Tailoring Stress-Relieved Structure for Ternary Cobalt Phosphoselenide@N/P Codoped Carbon towards High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors and Potassium-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.02.013

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