構建多通道碳纖維作為高容量、長循環壽命的鉀離子電池獨立式陽極

DOI: 10.1002/admi.201901829

鉀離子電池（PIB）由于鉀元素來源豐富、分布廣泛，是一種潛在的低成本儲能技術。然而，由于體積膨脹和緩慢的鉀化動力學，PIB的循環性和速率性能較差。在此基礎上，通過適當比例的聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈的靜電紡絲和后續的煅燒處理，合理地構建了多通道碳纖維（MCCFs）作為獨立的PIB陽極。電流密度為50 mA g-1時，MCCF電極顯示出420.1/304.2 mAh g-1的高可逆容量/電荷容量，在2000 mA g-1的較高電流密度下，2000次循環期間可提供110.9 mAh g -1的容量。其優異的電化學性能是由于非晶MCCFs中獨特的多通道結構，可緩沖體積變化并促進電解質滲透，以及MCCFs中N-、O-摻雜的高導電性。這種多功能電極材料的制備策略為開發高性能的堿離子電池材料提供了一種有效途徑。

圖1.制備的多通道碳纖維（MCCFs）的SEM圖像，PMMA與PAN的比例為a）0、b）1、c）2、d）3，（c）中的插圖是MCCF-2的TEM圖像。

圖2.MCCF-2的表征：a）氮氣吸附-解吸等溫線，b）孔徑分布，c）XRD圖，d）拉曼光譜。

圖3. a）MCCF-2的XPS全掃描光譜和b）C 1s、 c）N 1s、 d）O 1s的高分辨率光譜。

圖4. PIB的MCCF-2電極的電化學性能：a）掃描速度為0.1 mV s-1時的CV曲線， b）不同循環的充放電曲線，c）電流密度為50 mA g-1時的循環性能，d）50、100、200、500、1000、2000和50 mA g-1時的速率性能，e）電流密度為2000 mA g-1時的長期循環性能。

圖5. MCCF-2電極鉀離子存儲行為的電化學動力學分析：a）以0.1-10 mV s-1的掃描速率獲得的循環伏安曲線，b）b值確定，c）掃描速率為0.1 mV s-1時的電容貢獻，d）在不同掃描速率下電容和擴散電容的貢獻率。

圖6.鉀離子電池MCCF-2陽極獨特結構的示意圖。