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广东工业职业技术学院生态环境技术学院Yu Li 课题组--氮磷共掺杂垂直石墨烯/碳布作为柔性钾离子全电池的无粘结剂阳极

随着柔性电子技术的快速发展,具有高性能,低成本和灵活性的电源设备变得越来越重要。钾离子电池(KIBs)因其电压高、成本低、以及与锂离子电池(LIBs)相似的电化学特性,而具有广阔的应用前景。其中,碳材料常作为KIBs的阳极进行研究,但由于钾离子的尺寸较大,其电池的倍率性能和循环稳定性仍受?#36739;?#21046;。因此,本文报道了一种氮(N)和磷(P)共掺杂的垂直石墨烯(N, P-VG),使其在碳布上均匀生长得到N, [email protected]材料,并作为柔性KIBs的无粘接剂阳极。该无粘结剂N, [email protected]阳极具有丰富的活性位点、较大的比表面积、良好的导电性、较大的层间距及结构稳定等优点,表现出较大的容量(344.3 mAh g-1)、优异的倍率性能 (2000 mA g-1下容量保持46.5%),突出的循环稳定性(1000次循环后容量保持82%),优于最近报道的大多数碳质阳极。此外,Prussian blue (KPB)//N, [email protected]成功组装钾离子全电池,其能量密度高达232.5 Wh kg-1,具有优异的循环稳定性。

Figure 1. N, [email protected] a) 合成方法示意图,b)低倍SEM图,c)高倍SEM图,dTEM图和f) C,N,P的元素?#25104;?#22270;。(b)(d)中的插图为 N, [email protected]的数码照片和?#26434;?#30340;HRTEM图像。e) CC, [email protected]N, [email protected] XRD图谱。

 

Figure 2. VG-CC N, [email protected]a) Raman图,b)XPS谱,f) N, [email protected]N,P原子含?#23458;肌?/span>

 

Figure 3.N, [email protected]作为KIBs阳极在半电池中的电化学性能。a)CV曲线b)不同循环次数及c)不同倍率的的恒电流充放电曲线;不同电流密度下的d)倍率性能和e)循环性能;f) Nyquist 图;g)不同扫描速率的CV曲线; h) 根据(g)中的CV曲线计算的峰值电流与扫描速率曲线图;i)不同扫描速率下表面驱动力。

 

Figure 4. a) N,[email protected]电极在原始、嵌钾和脱钾状态下的a)XRDb)Raman 图谱。c)嵌钾完全和d)脱钾完全的XPS谱。

 

Figure 5. 柔性KPB//N, [email protected]全电池的电化学性能。a)扫描速率为0.1 mV s-1下的CV曲线;b)电流密度为 100 mA g-1下的恒电流充放电曲线;不同电流密度下的c)倍率和d)循环性能;e)电流密度为 100 mA g-1下的恒流放电平台。

 

Figure 6.a)基于不同活性材料柔性KPB//N[email protected]全电池的Ragone图;KPB//N, [email protected]全电池提供电源的b)霓虹灯和c)?#30452;懟?/span>

    相关研究成果于2019年4月由广东工业职业技术学院生态环境技术学院Yu Li 课题组,发表在small2019, 15, 1901285 )上。原文:Nitrogen and Phosphorus Codoped Vertical Graphene/ Carbon Cloth as a Binder-Free Anode for Flexible Advanced Potassium Ion Full Batteries 

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