Hierarchical Porosity and Surface Oxygenation of Carbon-Based Cathodes Enhances Discharge Capacity and Decreases Discharge Overpotential of Potassium–Oxygen Batteries

过电位 阴极 多孔性 碳纤维 材料科学 氧气 化学工程 电极 化学 复合材料 冶金 电化学 有机化学 物理化学 工程类 复合数
作者
Shikha Singh,Jannis Küpper,Ahed Abouserie,Gianluca Dalfollo,Michael Noyong,Ulrich Simon
出处
期刊:Batteries [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:10 (6): 192-192
标识
DOI:10.3390/batteries10060192
摘要

Potassium–oxygen batteries (KOBs) are a promising energy storage technology with high theoretical energy density, low overpotential and a long cycle life. The cathode microstructure plays a significant role in the electrochemical performance of KOB. In this article, hierarchical porosity was introduced to commercially available carbon paper cathodes by thermal pretreatment in air at different pretreatment times. This pretreatment modifies the properties, such as surface area, defects, oxygen functional groups, etc. The discharge performance was determined at three different current densities, i.e., 0.1 mA/cm2, 0.5 mA/cm2, and 1.0 mA/cm2. It has been found that an increase in specific surface area with the introduction of micropores and mesopores is beneficial for the improvement in the discharge capacity by enabling homogeneous discharge product, KO2 distribution and high degrees of pore filling over the volume of the cathode. A reduction in the discharge overpotentials was observed, which is attributed to the introduction of oxygenic functional groups and defects. Samples treated for the longest pretreatment time of 24 h showed the highest discharge capacity of 5 mAh/cm2 and lowest discharge overpotential of 0.03 V.
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