鉀離子電池(KIBs)是一種很有前途的大規模應用儲能系統。然而,由于K+的大直徑,這些電池的電化學性能有限,特別是在循環穩定性方面。因此,設計適用于實際KIBs的新型電極材料至關重要。在本研究中,通過靜電紡絲鋅基沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)和隨后的熱處理,成功制備了嵌入超細ZnSe納米晶體的新型N摻雜多孔碳納米纖維作為KIBs的先進負極材料。通過在熱處理過程中將ZIF-8納米粒子轉化為中空碳框架,在納米纖維內產生了大量的介孔。獨特的一維結構為K+存儲提供了足夠的活性位點,縮短了離子的擴散路徑,增強了電極的結構穩定性。N摻雜碳基體也有效地減輕了ZnSe納米晶體中的機械應力并提高了導電性。因此,當用作KIBs負極進行測試時,一維多孔納米結構電極在1000次循環中表現出優異的長期循環穩定性,在0.5 A g-1下的可逆容量為270 mA h g-1,在2.0 A g-1下的額定容量高達139 mA h g-1。
圖1.Zn@PCNF的(a)SEM圖像,(b,c)TEM圖像,(d)HR-TEM圖像,(e)SAED圖譜和(f)元素映射。
圖2.ZnSe@PCNF的(a)SEM圖像,(b,c)TEM圖像,(d)HR-TEM圖像,(e)SAED圖譜和(f)元素映射。
圖3.ZnSe@PCNF的高分辨率XPS光譜:(a)C1s,(b)N1s,(c)Se3d和(d)Zn2p。
圖4.ZnSe@NC的(a)SEM圖像,(b,c)TEM圖像,(d)HR-TEM圖像,(e)SAED圖譜和(f)元素映射圖像。
圖5.(a)ZnSe@PCNF和(b)ZnSe@NC的循環伏安(CV)曲線。
圖6.ZnSe@PCNF電極的原位EIS測量:(a)奈奎斯特圖和(b)總電阻隨電池電位的變化。
圖7.ZnSe@PCNF、ZnSe@NC、Zn@PCNF和裸CNF的電化學性能:(a)初始充放電曲線,(b)長期循環性能和庫侖效率,(c)倍率性能。
圖8.(a,b)峰I和II的CV曲線,(c,d)對數電流與對數掃描速率之間的線性關系,(e,f)2.0mV/s下的電容貢獻(彩色區域),(g,h)不同掃描速率下電容貢獻的歸一化貢獻率。
圖9.(a)新鮮狀態以及(b)第1次和(c)第180次循環后的奈奎斯特圖。(d)阻抗實部(Zre)與ω-1/2之間的關系圖。