Highly nitrogen doped carbon nanofibers with superior rate capability and cyclability for potassium ion batteries.
Highly nitrogen doped carbon nanofibers with superior rate capability and cyclability for potassium ion batteries.
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用于钾离子电池的具有优异倍率性能和循环性能的高氮掺杂碳纳米纤维
DOI：
10.1038/s41467-018-04190-z
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发表时间：
2018-04-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
Lei Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xu Y;Zhang C;Zhou M;Fu Q;Zhao C;Wu M;Lei Y
钾离子电池是锂离子电池的一种有前途的替代品。然而，由于缓慢的钾化动力学，用当前的电极材料实现快速充电/放电和长循环寿命是具有挑战性的。在这里，我们报告了一种软碳阳极，即高度氮掺杂的碳纳米纤维，具有上级倍率性能和循环性能。该阳极在25 mA g-1下提供248 mAh g-1的可逆容量，在20 A g-1下提供101 mAh g-1的可逆容量，并且在4000次循环后在2 A g-1下保持146 mAh g-1。通过定量动力学分析和理论研究，证实了表面控制的钾储存。耦合阳极和普鲁士蓝阴极的全电池在0.2 A g-1下提供195 mAh g-1的可逆容量。考虑到成本效益和材料的可持续性，我们的工作可以为寻找高性能的钾存储材料提供一些启示。钾离子电池的发展需要廉价、可持续、高性能的电极材料。在这里，作者报道了一种高度氮掺杂的软碳阳极，其基于表面主导的电荷存储机制表现出优异的上级倍率性能和循环性能。
Potassium-ion batteries are a promising alternative to lithium-ion batteries. However, it is challenging to achieve fast charging/discharging and long cycle life with the current electrode materials because of the sluggish potassiation kinetics. Here we report a soft carbon anode, namely highly nitrogen-doped carbon nanofibers, with superior rate capability and cyclability. The anode delivers reversible capacities of 248 mAh g–1 at 25 mA g–1 and 101 mAh g–1 at 20 A g–1, and retains 146 mAh g–1 at 2 A g–1 after 4000 cycles. Surface-dominated K-storage is verified by quantitative kinetics analysis and theoretical investigation. A full cell coupling the anode and Prussian blue cathode delivers a reversible capacity of 195 mAh g–1 at 0.2 A g–1. Considering the cost-effectiveness and material sustainability, our work may shed some light on searching for K-storage materials with high performance. The development of potassium ion batteries calls for cheap, sustainable, and high-performance electrode materials. Here, the authors report a highly nitrogen-doped soft carbon anode that exhibits superior rate capability and cyclability based on a surface dominated charge storage mechanism.
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