Enhanced Kinetics Harvested in Heteroatom Dual‐Doped Graphitic Hollow Architectures toward High Rate Printable Potassium‐Ion Batteries

材料科学 杂原子 阳极 动力学 X射线光电子能谱 拉曼光谱 化学工程 化学气相沉积 纳米技术 电极 有机化学 化学 戒指(化学) 光学 物理 物理化学 量子力学 工程类
作者
Chen Lü,Zhongti Sun,Lianghao Yu,Xueyu Lian,Yuyang Yi,Jie Li,Zhongfan Liu,Shi Xue Dou,Jingyu Sun
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (28) 被引量:213
标识
DOI:10.1002/aenm.202001161
摘要

Abstract Carbonaceous materials have emerged as promising anode candidates for potassium‐ion batteries (PIBs) due to overwhelming advantages including cost‐effectiveness and wide availability of materials. However, further development in this realm is handicapped by the deficiency in their in‐target and large‐scale synthesis, as well as their low specific capacity and huge volume expansion. Herein the precise and scalable synthesis of N/S dual‐doped graphitic hollow architectures (NSG) via direct plasma enhanced chemical vapor deposition is reported. Thus‐fabricated NSG affording uniform nitrogen/sulfur co‐doping, possesses ample potassiophilic surface moieties, effective electron/ion‐transport pathways, and high structural stability, which bestow it with high rate capability (≈100 mAh g −1 at 20 A g −1 ) and a prolonged cycle life (a capacity retention rate of 90.2% at 5 A g −1 after 5000 cycles), important steps toward high‐performance K‐ion storage. The enhanced kinetics of the NSG anode are systematically probed by theoretical simulations combined with operando Raman spectroscopy, ex situ X‐ray photoelectron spectroscopy, and galvanostatic intermittent titration technique measurements. In further contexts, printed NSG electrodes with tunable mass loading (1.84, 3.64, and 5.65 mg cm −2 ) are realized to showcase high areal capacities. This study demonstrates the construction of a printable carbon‐based PIB anode, that holds great promise for next‐generation grid‐scale PIB applications.
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