ACS Nano：用于钾离子电池负极的掺硫碳：硫掺杂和储钾机理

Nanoyu

2022-12-10

硫掺杂策略具有提高碳负极容量和动力学的双重潜力，在钾离子电池碳负极中引起了广泛的兴趣。了解硫的掺杂和储钾机理对指导高性能掺硫碳负极的结构设计和优化至关重要。

近日，北京大学侯仰龙教授成功地合成了硫含量为6.4 at%的掺硫硬碳(SHC)。并以此为例揭示了硫的掺杂机理和硫在钾储存中的作用。

文章要点

1）研究人员首先合成SHC的硫原子构型主要是噻吩-硫和微量硫分子碎片，前者来自硫对碳的选择性取代，后者来自硫化后的残留物。

2）SHC中掺杂的硫在储钾中起着以下多方面的作用:(1)噻吩-硫和硫分子碎片作为电化学活性位点；(2)结合到碳框架中的噻吩硫有助于增强K⁺嵌入动力学。

3）实验结果显示，在K半电池中作为负极进行测试时，相对于不含硫的硬碳，SHC表现出显著改善的可逆比容量（0.05 A g^-1时为405.2mA h g^-1）、倍率性能和循环稳定性（2 A g^-1下1500次循环后为128.2mA h g^-1）。此外，根据SHC负极输出的能量密度和功率密度分别为139 Wh·kg^-1和7.3 kW·kg^-1，进一步组装了钾离子混合电容器。

参考文献

Daping Qiu, et al, Sulfur-Doped Carbon for Potassium-Ion Battery Anode: Insight into the Doping and Potassium Storage Mechanism of Sulfur, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c09845

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09845