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题名高含量磷/硫共掺杂碳网络的制备及储钾性能的研究
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作者
黄炜彦
李娜
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机构
广东工业大学材料与能源学院/广州市低维材料与储能器件重点实验室
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出处
《材料研究与应用》
CAS
2024年第6期1016-1024,共9页
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基金
广东省自然科学基金基础与应用基础研究项目(202002030460)。
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文摘
为了解决掺杂碳材料中磷含量低的问题,以红磷为模板和磷源,采用等离子体增强化学气相沉积法一步合成高含量磷/硫(P/S)共掺杂碳网络材料(PSCN),并将其应用于钾离子电池。实验结果表明,P/S高含量(质量分数为31.11%)PSCN为碗状的碳网络结构,其具有碳间距大、缺陷程度高、比表面积大、微孔丰富和热稳定性好等特点。将PSCN作为钾离子电池负极时,在电流密度100 mA·g^(-1)下可逆容量达到557.1 mAh·g^(-1),在电流密度5 A·g^(-1)下可逆放电容量为140.3 mAh·g^(-1),经1 000圈循环后容量仍有137.4 mAh·g^(-1),容量保持率为69.5%,表现出优异的倍率和循环性能。而磷掺杂碳材料(PC),在电流密度100 mA·g^(-1)下的可逆容量为457.3 mAh·g^(-1),在5 A·g^(-1)下经1 000圈循环后容量仅有62.8 mAh·g^(-1),容量保持率较差为43.4%。PSCN的碗状结构有利于电解液的浸润,而其中的细小纤维可以很大程度地抑制K^(+)在嵌入/脱嵌过程中所引起的体积膨胀,从而有效地提升了钾离子电池的倍率和循环性能。此外,高含量P/S共掺杂还可以增加PSCN的活性位点,促进储钾动力学和提高离子传输能力,进而有效提升倍率性能、赝电容占比和K^(+)的扩散系数,降低反应电阻。本研究为发展钾离子电池负极材料的制备工艺提供了参考,起到理论支持作用。
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关键词
钾离子电池
等离子体
高含量磷/硫共掺杂
碳网络
碗状结构
活性位点
循环性能
储钾动力学
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Keywords
potassium ion battery
plasma
high-content phosphorus/sulfur co-doping
carbon network
bowl-shaped structure
active site
cycling performance
potassium storage kinetics
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分类号
TG132
[一般工业技术—材料科学与工程]
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