邱学青/张文礼AFM：在硬碳负极中引入石墨域助力实用钾离子电池

作为钾离子电池（PIBs）负极的石墨替代品，硬碳引起了越来越多的兴趣。然而，硬碳负极的实际应用受到其低容量、高电势平台和大电势滞后的阻碍。与石墨纳米域耦合的硬碳可以实现具有低电势平台和低电势滞后的稳定钾离子存储行为。

广东工业大学邱学青、张文礼、阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef等通过在可再生木质素前体中加入氧化石墨烯（GO）来调整硬碳负极中的晶格。

图1 材料制备示意

具体而言，这项工作通过季铵化赋予木质素正电荷，从而通过表面静电组装捕获带负电荷的GO。结果，少量GO添加剂可有效促进硬碳的局部石墨化，同时保持较大的层间距（≈4.2nm），这实现了稳定的钾离子（脱）嵌入行为。优化后的硬碳负极具有高可逆容量、优异的倍率性能和良好的循环稳定性。此外，与直接碳化木质素或氧化石墨烯和商用石墨负极的样品相比，优化的硬碳负极还实现了低电位滞后和高的低电位平台容量。

图2 优化硬碳的电化学性能表征

进一步，根据CV结果和非原位/原位电化学测试，作者得出结论，增强的钾离子存储归因于钾离子嵌入在引入的石墨层中。硬碳负极中石墨层的工程设计有效地提高了钾离子储存的倍率能力和稳定性。总体而言，这项工作提出了一种开发硬碳负极中石墨层的总体策略，以实现具有低电势平台和滞后的稳定钾离子存储行为。

图3 钾离子全电池性能

Engineering of the Crystalline Lattice of Hard Carbon Anodes Toward Practical Potassium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202211872

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