Synergistically enhanced electrochemical performance using nitrogen, phosphorus and sulfur tri-doped hollow carbon for advanced potassium ion storage device

材料科学 阳极 兴奋剂 碳纤维 电化学 化学工程 润湿 吸附 纳米技术 扩散 硫黄 电导率 电极 无机化学 化学 光电子学 复合材料 物理化学 冶金 复合数 热力学 工程类 物理
作者
Xi Liu,Yong Tong,Yuanji Wu,Jiefeng Zheng,Yingjuan Sun,Li Niu,Hongyan Li
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:431: 133986-133986 被引量:56
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133986
摘要

Carbonaceous materials have been acknowledged as a promising electrode material yet rational synthesis and practical application remain a handicap. Here, N, P, S tri-doped hollow carbon (NPS-HC) is synthesized via a facile template method with poly(cyclotriphosphazene-co-4,4′-sulfonyldiphenol) (PZS) as both carbon source and N, P and S source. The NPS-HC features distinctive hollow structure, large interlayer space and rich defects. The N doping is conducive to K+ transport and surface wettability while the P, S doping not only effectively improves electric conductivity and hydrophilicity but also is in favor of forming abundant active sites. The effect among N, P, S doping is witnessed by the impressive rate capability (217.3 mAh g−1 at 2000 mA g−1) and unprecedented cyclability (198.8 mAh g−1 over 16,000 cycles at 1000 mA g−1 for nearly 6314 h). Moreover, the kinetics analysis and density functional theory clarify that the N, P, S doping contributes to K+ insertion, adsorption and diffusion. Notably, the as-fabricated potassium ion hybrid capacitor (PIHC) shows impressive energy density of 76.4 Wh kg−1 and 96.46% of capacity retention at 1 A g−1 after 5000 cycles. These results offer a broad avenue to dig into insightful anode engineering technology for potassium storage.
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