Design of free-standing porous carbon fibers anode with high-efficiency potassium-ion storage

阳极 多孔性 静电纺丝 材料科学 钾离子电池 离子 吸附 化学工程 碳纤维 纳米技术 化学 复合材料 电极 冶金 有机化学 复合数 工程类 磷酸钒锂电池 物理化学 聚合物
作者
Junlong Sun,Liang Ma,Hengchao Sun,Yuanhu Xu,Jinliang Li,Wenjie Mai,Botian Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:455: 140902-140902 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.140902
摘要

Designing porous structures is emerging as a promising approach to prominently improve the potassium storage performance of carbonaceous materials. In this work, we design free-standing porous carbon fibers (PCF) by electrospinning for highly potassium-ion storage. With the introduction of Zn in the electrospinning precursor, the PCF was obtained after the evaporation of Zn during the heat treatment. After bending and folding, the free-standing PCF also presents excellent flexibility. As the free-standing anode for potassium-ion battery (KIB), it is found that the PCF presents an enhanced potassium-ion storage performance with a reversible specific capacity of 256 mAh/g after 80 cycles at 50 mA g−1. Even at the current density of 1 A/g, our PCF still remains a high reversible specific capacity of 149 mAh/g after 3300 cycles for KIBs. According to the density functional theory calculation and finite element analysis, we find that K-ions can also inset into the carbon layer during the fully potassiation state for the porous structure of PCF. In addition, due to the strong adsorption characteristics of K-ions, the porous structure of porous carbon fibers also can accommodate K-clusters in the pore defects. The common effects of the K-intercalation and K cluster contribute to the improvement of the K-ion storage performance of porous carbon fibers.
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