Oxygen/Fluorine Dual‐Doped Porous Carbon Nanopolyhedra Enabled Ultrafast and Highly Stable Potassium Storage

材料科学 阳极 氧气 多孔性 碳纤维 化学工程 电容 吸附 纳米技术 电极 有机化学 复合材料 物理化学 冶金 化学 工程类 复合数
作者
Jian Lu,Changlai Wang,Haolei Yu,Shipeng Gong,Guoliang Xia,Peng Jiang,Pengping Xu,Yang Kang,Qianwang Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:29 (49) 被引量:146
标识
DOI:10.1002/adfm.201906126
摘要

Abstract Carbon‐based materials are promising anodes for potassium‐ion batteries (PIBs). However, due to the significant volume expansion and structural instability, it is still a challenge to achieve a high capacity, high rate and long cycle life for carbonaceous anodes. Herein, oxygen/fluorine dual‐doped porous carbon nanopolyhedra (OFPCN) is reported for the first time as a novel anode for PIBs, which exhibits a high reversible capacity of 481 mA h g −1 at 0.05 A g −1 and excellent performance of 218 mA h g −1 after 2000 cycles at 1 A g −1 with 92% capacity retention. Even after 5000 robust cycles at 10 A g −1 with charging/discharging time of around 40 s, an unprecedented capacity of 111 mA h g −1 is still maintained. Such ultrafast potassium storage and unprecedented cycling stability have been seldom reported in PIBs. Quantitative kinetics analysis reveals that both diffusion and capacitance processes are involved in the potassium storage mechanism. Density functional theory calculations demonstrate that the O/F dual‐doped porous carbon promotes the K‐adsorption ability and can absorb multiple K atoms with slight structural distortion, which accounts for the high specific capacity, outstanding rate capability, and excellent cycling stability of the OFPCN anode.

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