鉀基陽(yáng)極由于具有較大的理論容量，在鉀離子電池(PIBs)中具有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。但由于其電子導(dǎo)電性差、易自聚集、循環(huán)過(guò)程中體積變化大等原因?qū)е碌膬?chǔ)鉀性能不佳，制約了其實(shí)際應(yīng)用。現(xiàn)在，我們將Sn
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3納米顆粒浸透在多層石墨烯薄片(Sn
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3/MGS)中，作為PIBs的陽(yáng)極材料，大大提高了其儲(chǔ)鉀性能。具體而言，石墨烯片能夠有效抑制Sn
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3納米粒子的聚集，提高電子導(dǎo)電性，并維持結(jié)構(gòu)的完整性。此外，大量的Sn
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3納米粒子浸透在MGS中，為電解液提供了較大的可達(dá)區(qū)域，從而減小了K
+和K
+上插入/提取電子的擴(kuò)散距離，提高了速率能力。因此，在0.1和1 A g
-1的條件下，優(yōu)化的Sn
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3/MGS含80 wt% Sn
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3 (Sn
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3/MGS-80)的可逆容量分別為378.2和260.2 mAh g
-1，在0.5 A g
-1時(shí)，第1000次循環(huán)后仍能76.6%的大容量保持率。
圖1. Sn
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3/MGS-80合成過(guò)程示意圖。
圖2. Sn
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3/MGS-80雜化物的(a)XRD圖，(b) SEM圖，(c和d) TEM圖，(e-g) HRTEM圖，(h-k)對(duì)應(yīng)的能量色散X-射線(EDX)元素映射。
圖3. (a) Sn
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3/MGS-80的全測(cè)量掃描XPS光譜。(b)Sn、(c)P和(d)C的高分辨率XPS圖譜。
圖4. Sn
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3/MGS-80電極的(a)CV曲線和(b)恒流放電/充電曲線。裸電極Sn
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3、Sn
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3/MGS70、Sn
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3/MGS-80和Sn
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3/MGS-90的(c)速率性能和(d)循環(huán)性能。(e) Sn
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3/MGS-80電極的延長(zhǎng)循環(huán)性能。
圖5. (a)Sn
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3/MGS-70，(b)Sn
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3/MGS-80，(c)Sn
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3/MGS-90陽(yáng)極在遞增的掃描速率下的CV曲線，以及(d)對(duì)應(yīng)的log(i)和log(v)曲線。
圖6. (a)Sn
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3、Sn
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3/MGS-70、Sn
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3/MGS-80和Sn
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3/MGS-90電極在100 kHz ~ 0.1 Hz范圍內(nèi)的Nyquist曲線。(b)不同放電/充電狀態(tài)下Sn
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3/MGS-80電極的非原位XRD譜圖。
圖7. Sn
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3/MGS-80陽(yáng)極在0.1 A g
-1時(shí)循環(huán)100次后，(a和b) FESEM圖譜、(c) TEM圖譜、(d) STEM照片和相應(yīng)的(e)C, (f)K, (h)Sn, 和(g)P的EDX映射。
圖8. KVPO
4F//Sn
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3/MGS-80全電池的(a)充放電電壓曲線，(b)速率能力，(c)長(zhǎng)期循環(huán)性能及相應(yīng)的CEs。
相關(guān)研究成果由南京師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、江蘇省新型動(dòng)力電池重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省生物醫(yī)藥功能材料協(xié)同創(chuàng)新中心Yichen Du等人于2021年發(fā)表在Journal of Energy Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.08.043)上。原文：Sn
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3 nanoparticles confined in multilayer graphene sheets as a high-performance anode material for potassium-ion batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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