【摘要】 这一结果进一步证实了材料的无序结构。

钾增强了储量丰富、成本低廉、标准电极电位低的优势。因此，钾离子电池作为一种理想的低成本二次电池系统近年来受到了广泛的关注和研究。本文以低成本碳酸钙为模板，蔗糖为碳源，采用模板法制备钾离子电池多孔碳负极材料。该材料具有无序的微观结构、较大的比表面积以及“大孔-中孔-微孔”形成的分级多孔结构。

 

电化学测试结果表明，所制备的多孔碳负极材料在50 mA·g- 1 电流密度下比容量为259.5 mAh·g-1 ，100次循环后容量保持率为92.8%。循环后，极片表面平坦，没有明显裂纹，表明材料在钾离子嵌入/脱嵌过程中经历了较小的体积变化。多孔碳材料在2000 mAh·g- 1 的高电流密度下表现出良好的倍率性能，10,000次循环后比容量为129.6 mAh·g- 1 。

 

图1. (a) XRD图谱； (b)多孔碳负极材料的拉曼光谱； (c) N2吸附-解吸等温线和(d)多孔碳负极材料的孔径分布。【1】

 

利用 XRD 和拉曼光谱研究了多孔碳负极材料的结构。图1a描绘了多孔碳阳极材料的XRD谱，揭示了两个不同的碳水化合物峰。碳的(002)晶面峰在2θ=23.81°处较宽，表明该材料具有较高的无序度。在2θ=43.54°处有一个很弱的衍射峰，对应于碳材料的（101）晶面峰，这证明了HRTEM结果中存在少量石墨碳层。通过布拉格衍射方程计算出多孔碳负极材料的(002)晶面平均间距为0.374nm，大于标准石墨的d002层间距0.3354nm。更大的层间距有助于钾离子的嵌入/脱嵌。图1b显示了多孔碳阳极材料的拉曼光谱。可以看到四个冲击峰：1220 cm- 1 处的 T 峰、1338.7 cm-1 处的 D 峰、1483 cm-1 处的 D' 峰和 1585 cm- 1 处的 G 峰。

 

该碳材料的两个特征峰G峰和D峰的IG/ID之比为0.783。这一结果进一步证实了材料的无序结构。电极材料的孔结构对电池的电化学性能有显着影响。其中，大孔可以用作离子缓冲池，有利于电解质与材料之间的接触。介孔有助于钾离子的快速传输。微孔为钾离子提供了额外的存储位置并增加了材料的比容量。

 

现已证明，多孔碳含有大量的大孔、中孔和微孔。为了进一步确定材料的孔结构，进行了N2吸附/解吸测试。图1c是多孔碳负极材料的N2吸附-脱附等温线，具有典型的磁滞回线（位于P/P0=0.45~1.0区间），其等温线形状呈现典型的IV型吸附行为。 BET计算表明多孔碳负极材料的比表面积为891.4 m2·g- 1 。

 

【1】Daya Wang, He Zhao, Chao Zhang, Hanying Xu, Jie Li, Ce Han, Zelin Li, Shaoguang Hua, Wenting Li, Shengli An, Xinping Qiu,Low-cost and high-rate porous carbon anode material for potassium-ion batteries,Solid State Ionics,Volume 381,2022,115944,

 

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