碲（Te）因其固有的導電性和超高的理論體積容量而成為一種很有前途的鉀離子電池電極活性材料。然而，由于大體積膨脹和嚴重的聚碲化物溶解，Te基電極通常在高倍率下表現出低容量和較差的循環穩定性。在此，研究者利用分層多孔碳納米纖維（HPCNFs）薄膜作為多功能Te基板。自支撐Te@HPCNFs電極具有出色的K離子存儲性能，在14C時具有1294.4mAh/cm3（207.1mAh/g Te）的高倍率容量，在7C時具有4500次的超長循環壽命，而與KSn合金負極耦合的K離子全電池也表現出良好的可循環性。這種卓越的性能得益于HPCNFs的空間限制，可將無定形Te負載到微孔中以適應體積變化，其中互連的導電框架和殘留的分層孔可實現快速的離子/電子擴散動力學。原位紫外-可見吸收光譜證實，聚碲化物和K2Te從電極上的脫離得到有效抑制，而非原位X射線光電子能譜分析顯示Te轉化為K5Te3和K2Te。綜上，本文闡述了碳基多孔結構設計對構建高性能Te電極的意義，對硫屬元素基儲能材料具有重要的指導作用。
圖1.a）Te@HPCNFs合成過程示意圖。b）Te@HPCNFs的SEM，c）TEM（插圖：SAED）和d）HRTEM圖像。e）Te@HPCNFs的HAADF，以及f）C、g）N和h）Te元素映射。
圖2.a）HPCNFs和Te@HPCNFs的氮氣吸附-解吸等溫線和b）相關孔寬分布。c）HPCNFs、塊體Te和Te@HPCNFs的TGA曲線。d）Te@HPCNFs的XPS光譜：Te3d5/2。e）HPCNFs、塊體Te和Te@HPCNFs的XRD圖譜及f）拉曼光譜。
圖3.基于Te@HPCNFs電極的K-Te電池的電化學性能。a）0.1mV/s時的CV曲線。b）0.7C時的循環性能。c）不同倍率下的充放電曲線，不扣除HPCNFs的容量貢獻。d）倍率性能。e）與報道的堿金屬-碲電池的倍率性能比較。f）在0.7C下進行初始25個循環后于7C下的長循環穩定性。g）與報道的堿金屬-碲電池的循環性能比較。
圖4.a）Te@HPCNFs電極在不同掃描速率下的CV曲線，b）log（峰值電流）與log（掃描速率）的線性擬合圖。c）Te@HPCNFs電極在0.5mV/s時的電容貢獻。d）Te@HPCNFs電極在0.35C下循環3次后的K離子擴散系數。e）在0.7C下的第一次循環放電過程中，與基于Te-HPCNFs電極的K-Te電池相比，基于Te@HPCNFs電極的K-Te電池中電解液的原位紫外-可見吸收光譜。f）在0.35C下的第一次循環期間，Te@HPCNFs電極在1.2和0.01V放電電壓下的非原位XPS Te3d5/2光譜。
圖5.基于Te@HPCNFs正極的KSn-Te全電池的電化學性能。a）放電過程中的工作機制示意圖。紫色球代表K+離子。b）用于制備KSn合金負極的Sn箔鍍層剖面（插圖：KSn涂覆Sn箔的SEM圖像）。c）0.1A/g下的循環性能，以及第20和第100次循環期間的相應充放電曲線。
微信二維碼
