Nanopore design of sulfur doped hollow carbon nanospheres for superior potassium‐ion battery anodes

材料科学 阳极 钾离子电池 硫黄 纳米孔 碳纤维 离子 纳米技术 电容 化学工程 电极 复合材料 冶金 磷酸钒锂电池 化学 有机化学 复合数 工程类 物理化学
作者
Zhendong Liu,Hui‐Yan Feng,Yuchen Wang,Fei Wang,Yue Liu,Jianxiao Yang,Yue Gu,Jun Tan,Chong Ye,Chengzhi Zhang
出处
期刊:Rare Metals [Springer Science+Business Media]
卷期号:43 (5): 2103-2114 被引量:9
标识
DOI:10.1007/s12598-023-02546-z
摘要

Abstract Sulfur doped carbonaceous materials are promising anodes for potassium‐ion batteries because of their ability to bridge active sites and induce C/S electron coupling, resulting in increased ion storage capacitance. However, the large potassium ions could cause significant volume expansion and structure collapse during operation in sulfur doped carbonaceous anodes, which lead to rapidly capacity sacrifice during long‐term cycling. Nanopore design for anchoring sulfur atom in carbon skeleton is a novel way to alleviate the structure collapse and maintain the cycling stability. Therefore, this study developed a controlled nanopore and sulfur doped carbon sphere structure (S‐NPHCSs). In potassium‐ion batteries, S‐NPHCSs anode demonstrated exceptional performance with a high reversible capacity of 247 mAh·g –1 after 50 cycles at 0.2 A·g –1 and delivered a long cycle stability of 600 cycles at a high current density of 1.0 A·g –1 . Interconnected nanopores and doped sulfur structure not only expand the accumulation space and offer ample active sites for diffusion and adsorption of potassium ions, but also build stable channels through nanopore structure to ensure the cyclic stability. This finding provides a fundamental theory for designing nanopore structures and introducing sulfur doped carbonaceous materials to enhance capacitive potassium storage and long cycle stability.
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