Unraveling the Potassium Storage Mechanism in Graphite Foam

插层(化学) 石墨 材料科学 相变 电化学 拉曼光谱 电极 热力学 纳米技术 化学物理 物理化学 无机化学 化学 复合材料 光学 物理
作者
Jilei Liu,Tingting Yin,Bingbing Tian,Bowei Zhang,Cheng Qian,Zhiqiang Wang,Lili Zhang,Pei Liang,Zhen Chen,Jiaxu Yan,Xiaofeng Fan,Jianyi Lin,Xiaohua Chen,Yizhong Huang,Kian Ping Loh,Zexiang Shen
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (22) 被引量:199
标识
DOI:10.1002/aenm.201900579
摘要

Abstract Potassium‐intercalated graphite intercalation compounds (K‐GICs) are of particular physical and chemical interest due to their versatile structures and fascinating properties. Fundamental insights into the K + storage mechanism, and the complex kinetics/thermodynamics that control the reactions and structural rearrangements allow manipulating K‐GICs with desired functionalities. Here operando studies including in situ Raman mapping and in situ X‐ray diffraction (XRD) characterizations, in combination with density‐functional theory simulations are carried out to correlate the real‐time electrochemical K + intercalation/deintercalation process with structure/component evolution. The experimental results, together with theoretical calculations, reveal the reversible K‐GICs staging transition: C ↔ stage 5 (KC 60 ) ↔ stage 4 (KC 48 ) ↔ stage 3 (KC 36 ) ↔ stage 2 (KC 24 /KC 16 ) ↔ stage 1 (KC 8 ). Moreover, the staging transition is clearly visualized and an intermediate phase of stage 2 with the stoichiometric formula of KC 16 is identified. The staging transition mechanism involving both intrastage transition from KC 24 (stage 2) to KC 16 (stage 2) and interstage transition is proposed. The present study promotes better fundamental understanding of K + storage behavior in graphite, develops a nondestructive technological basis for accurately capture nonuniformity in electrode phase evolution across the length scale of graphite domains, and offers guidance for efficient research in other GICs.
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