引言碳材料，特别是石墨化碳质材料，作为钾离子电池（PIB）的负极，是PIB产业化的基础。然而，石墨化碳材料PIB负极通常循环寿命短、稳定性差。
基于上述情况，湖南大学张尔金及其同事在国际知名学术期刊《Advanced Science》上发表了题为“Carbon Dots@rGO Paper as Freestand andFlexible Potassium-Ion Batteries Anode”的论文。张尔金博士为该文章的第一作者。
图1. 图像概览
在这项研究中，我们通过在还原氧化石墨烯表面引入碳点（CDs@rGO），构建了高性能钾离子电池负极的柔性三维结构。 CD@rGO薄膜的三维结构具有促进电解质进入活性位点的通道，可以有效增强电子/离子的传输和扩散。而且CD引入的大量缺陷和含氧官能团有效增加了比容量，提高了倍率性能，提高了电化学性能。
这种独立的柔性CD@rGO负极在100 mA g-1的电流密度下具有310 mAh g-1的高比容量，在200 mA g-1的电流密度下具有约44.4%的初始库仑效率（ICE）配备： -1 在相同密度下循环840次后仍保持244 mAh g-1的比容量，并且即使在连续6次电流变化后也能在500 mA g-1的高电流密度下提供185 mAh g-1的比容量。 -1.通过引入碳点来提高电化学性能的策略可能为其他研究领域提供新的思路和视角。
钾离子电池负极研究背景概况
钾离子电池（PIB）由于资源储量丰富、能量密度高，已成为未来替代锂离子电池的热门储能器件之一。 MoSe2、MoS2、FeS2、CuS、CoS、VSe、Sb、Bi等材料广泛应用于高容量PIB负极研究。然而，传输速率不足、不可逆合金化效应以及巨大的体积膨胀等因素限制了其应用。石墨是一种工业化程度高、加工技术成熟、成本低廉的电极材料，可通过钾离子的嵌入形成一级插层化合物（GIC、KC8），其理论容量为279 mAh g-is。 1.然而，循环寿命短和倍率性能不理想是阻碍石墨负极大规模应用的主要障碍。
研究人员通过掺杂、纳米结构设计和电解质工程等策略增强了石墨阳极的电化学性能。例如，氮掺杂石墨烯可以将PIB的容量从石墨的理论容量提高到350 mAh g-1以上。硬/软碳复合负极在440次循环后容量保持率达到89%。碳纳米笼和空心聚吡咯碳负极均实现了钾离子的快速储存。
此外，我们还证明了4 M/L双氟磺酰亚胺钾（KFSI）的高浓度盐电解质可以实现石墨阳极循环超过1年（约1700次循环）。然而，高浓度盐电解液价格昂贵，而且基于KFSI 的电解液会腐蚀铝箔（集流体）。相比之下，基于六氟磷酸钾（KPF6）的传统低浓度碳酸盐电解质通常化学稳定。因此，迫切需要在常规电解质的基础上开发高性能钾离子石墨阳极。
在本研究中，作者利用微波辅助将碳点固定在还原氧化石墨烯（CDs@rGO）表面，并系统研究了碳点对还原氧化石墨烯的结构、电化学和钾离子存储性能的影响。
研究结果表明，碳点的引入显着影响了氧化石墨烯的表面结构和化学键，导致电化学性能发生变化。电化学性能测试结合循环伏安法和原位XRD测试结果表明，碳点的引入改变了还原氧化石墨烯的储钾机制，从钾插入/脱钾变为钾插入/脱钾和吸附/解吸。组合变化很大。比容量增加，循环和倍率性能改善，并且K+可以快速可逆地储存在还原的氧化石墨烯中。
图1。
(a) 准备柔性独立式CD@rGO 薄膜纸。
(b 和c) CD@rGO 薄膜纸的顶面SEM 图像（带有红色标记： 的裂纹）。
(d 和e) CD@rGO 薄膜纸的横截面SEM 图像。
(f) TEM 和g) CD@rGO 纸的HRTEM 图像。
(h) 固定在rGO 上的CD 的尺寸分布直方图。统计了50多个碳点。
(i) CD@rGO堆叠模型示意图。
(j) CD@rGO 薄膜纸的XRD 图。
(k) CD@rGO 薄膜纸的拉曼光谱。
(l) 未经处理的CD@rGO 薄膜的XPS 谱。
图2.
(a) 扫描速率为1 mV s-1 时的CV 曲线(b) 100 mA g-1 时的充放电曲线(c) 前两个周期相应的dQ/dV 曲线。以100 mA g-1 启动后，从100 到500 mA g-1 的各种电流密度(e) 从100 到500 mA g-1 的相应充放电曲线(f) 200 mAh g-1 下的长期循环性能。 1. (g) CD@rGO薄膜纸与其他报道的PIB碳质电极在不同电流下的比电容比较。
图3.
(a) CD@rGO 半电池从0.1 到0.4 mV/s 的CV 曲线(b) 峰值阴极电流b 值的确定(c) 电容（红色）和扩散控制（灰色）贡献。以0.1 mV/s 对CD@rGO 电极充电(d) 不同扫描速度下电容（红色）和扩散控制（灰色）的贡献e) K/CDs@rGO 电池的EIS 测试。 f) K/rGO电池的EIS测试。
图4.
(a-c) CD@rGO 薄膜阳极在放电/充电过程的前三个循环期间的操作XRD 结果的等高线图，以及8 个循环后半电池阳极的XPS 谱(d) Full。 (e) C1s XPS、(f) O1s XPS 和(h) 完全充电的CD@rGO 电极的结合能。具有O 相关基团的K 离子(j) 用于计算K 离子和C-OH 基团结合能的模型结构。
文章链接：碳点@rGO纸作为独立式柔性钾离子电池阳极https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300470 作者简介： 张二金博士期间主要从事碳基电极材料的研究。作者本人（ 碳基电极材料方面的论文（含共同作者）包括：[1] 张尔金、王斌、余新智、朱静一、王龙禄、陆秉安*、.-Na离子FeOOH储能材料碳纳米管作为电池正极材料的研究2023, 8, 147 [2] 张尔金， 曹伟， 王斌， 余新智， 王龙禄， 徐志， 陆秉安*, 新型铝双离子电池. 11, 91[3] 张尔金， 王珏， 王斌， 于新智， 杨红官， 陆秉安*, 铝储能材料用碳纳米管72[4] 张尔金， 王珏， 王珏， 丁宏波， 张施， 段惠高， 于新智， 陆秉安*, 微波辅助快速合成高性能铝电池互连碳纳米笼， 化学工程杂志2023, 389, 124407[5] 张尔金， 贾欣欣， 王斌， 王珏，Xinzhi Yu，和Bingan Lu* 碳点作为独立式柔性钾离子电池阳极@ rGO Paper 6] Jia Xinxin#，Zhang Erjin#，Yu Xinzhi*，Lu Bingan，硫化铜纳米片的简易合成@graphene。钾离子电池阳极氧化物2023, 8, 1900987（来源：科学材料站。）
本文和图片来自网络，不代表火豚游戏立场，如若侵权请联系我们删除：https://www.huotun.com/game/663285.html