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确保石墨在长循环过程中更加稳定还仍然需要进一步研究。在碳基材料的各种形态中,中空碳纳米 材料是对于能量存储研究很具备吸引力的一种存在P。F©ng等人P例合成了一种大规模低成本的交联 空心石墨碳(HGC)作为钾离子电池负极材料。其中空结构可以提供足够的空间来克服由于石墨碳 体积膨胀而造成的损坏,交联的结构形成了一个紧密的互连网络,允许电子在不同的石墨碳框架之 间快速转移(图2a,b)。图2c显示了HGC的倍率性能,当电流密度为50、100、200、300、400 和500mAg时,其可逆容量分别为315、239、188、161、137和120mAhg':在50mAhg的电 流密度下,持续循环200次仍然具有269mAhg的可逆容量,每个循环的衰减率仅为0.048%(图 2)。电化学测试证明,作为钾离子电池负极的中空石墨碳具有高可逆性、优异的倍率性和循环稳 定性。Co等人在氩气条件下,通过2800℃高温对EC300J科琴炭黑进行退火设计了一种石墨碳 纳米笼(CNC)作为钾离子电池负极材料。在35C下表现出优异的循环性能和175mAhg的容量, 这主要归因于其独特的薄壳(仅为5m)和互联的中空结构,有效地适应了钾离子嵌入/脱出过程 中的体积自由膨胀和收缩,从而有助于保持结构完整。在石墨化程度相同的前提於催化石墨化大 大降低了石墨化温度,缩短了石墨化时间。Alshareef等人Bo通过在600C的盈下对乙二胺四乙 酸镍配位化合物和氯化钠混合物进行热处理,制备出具有高石墨晶体结构的石墨纳米碳(GNC)作 为钾离子电池负极材料。碳骨架内金属镍的热解产物在退火过程中充石墨花催化剂,在促进石墨 结构特征的帮助下,所制备的负极材料分别在1Ag和5Ag下奕现了152mAhg和56.6mAhg 的高比容量。 100 500400 300 o Charre 110 录用件 Carrent density:50 mA g" Charge Cyele( 160 20 2HGC材料的(a)SEM示意图:(b)TEM示意图:(c)倍率性能(d)和循环性能P网 Fig.2 (a)SEM image;(b)TEM image,(c)rate performance(d)and cycling performance of HGC material 1.2非石是碳 非石墨碳(如软碳(SC)、硬碳(HC)、活性炭和石墨烯等)作为钠离子电池负极已被深入 研究13别),但作为钾离子电池负极的研究较少。 软碳是指在2500℃以上高温下能石墨化的无定形碳,碳的石墨化程度可以通过热处理进行调 节,作为负极材料时表现出充放电电压平台低且稳定、比容量大和效率高等优点43。其优异的层 间距可调的特性使钾离子的嵌入脱出过程的速度得到提升,使导电性也得到相应改善。值得注意的确保石墨在长循环过程中更加稳定还仍然需要进一步研究。在碳基材料的各种形态中,中空碳纳米 材料是对于能量存储研究很具备吸引力的一种存在[27]。Feng 等人[28]合成了一种大规模低成本的交联 空心石墨碳(HGC)作为钾离子电池负极材料。其中空结构可以提供足够的空间来克服由于石墨碳 体积膨胀而造成的损坏,交联的结构形成了一个紧密的互连网络,允许电子在不同的石墨碳框架之 间快速转移(图 2a,b)。图 2c 显示了 HGC 的倍率性能,当电流密度为 50、100、200、300、400 和 500 mA·g-1时,其可逆容量分别为 315、239、188、161、137 和 120 mAh·g-1;在 50 mAh·g-1的电 流密度下,持续循环 200 次仍然具有 269 mAh·g-1的可逆容量,每个循环的衰减率仅为 0.048%(图 2d)。电化学测试证明,作为钾离子电池负极的中空石墨碳具有高可逆性、优异的倍率性和循环稳 定性。Cao[29]等人在氩气条件下,通过 2800 ℃高温对 EC300J 科琴炭黑进行退火设计了一种石墨碳 纳米笼(CNC)作为钾离子电池负极材料。在 35 C 下表现出优异的循环性能和 175 mAh·g-1的容量, 这主要归因于其独特的薄壳(仅为 5 nm)和互联的中空结构,有效地适应了钾离子嵌入/脱出过程 中的体积自由膨胀和收缩,从而有助于保持结构完整。在石墨化程度相同的前提下,催化石墨化大 大降低了石墨化温度,缩短了石墨化时间。Alshareef 等人[30]通过在 600 ℃的低温下对乙二胺四乙 酸镍配位化合物和氯化钠混合物进行热处理,制备出具有高石墨晶体结构的石墨纳米碳(GNC)作 为钾离子电池负极材料。碳骨架内金属镍的热解产物在退火过程中充当石墨化催化剂,在促进石墨 结构特征的帮助下,所制备的负极材料分别在 1 A·g-1和 5 A·g-1下实现了 152 mAh·g-1和 56.6 mAh·g-1 的高比容量。 图 2 HGC 材料的(a)SEM 示意图;(b)TEM 示意图;(c)倍率性能(d)和循环性能[28] Fig.2 (a) SEM image; (b) TEM image; (c) rate performance (d) and cycling performance of HGC material[28] 1.2 非石墨碳 非石墨碳(如软碳(SC)、硬碳(HC)、活性炭和石墨烯等)作为钠离子电池负极已被深入 研究[31-33],但作为钾离子电池负极的研究较少。 软碳是指在 2500 ℃以上高温下能石墨化的无定形碳,碳的石墨化程度可以通过热处理进行调 节,作为负极材料时表现出充放电电压平台低且稳定、比容量大和效率高等优点[34-35]。其优异的层 间距可调的特性使钾离子的嵌入脱出过程的速度得到提升,使导电性也得到相应改善。值得注意的 录用稿件,非最终出版稿
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