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?哈師大鄧超EnSM：定制應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高性能鉀離子混合電容器/電池！

鉀離子宿主緩慢的氧化還原動力學(xué)和嚴(yán)重的體積變化是鉀離子混合電容器（PIHC）和鉀離子電池（PIB）的挑戰(zhàn)性問題。

圖1. 材料制備示意

哈爾濱師范大學(xué)鄧超等介紹了一種新型三元磷硒化鈷（CoPSe）@N/P共摻雜碳（NPC）復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)，可用作PIHC和PIB的負(fù)極。

具體而言，超細(xì)CoPSe納米晶體嵌入N和P共摻雜碳基質(zhì)中以形成球形單元，然后將得到的“納米球”封裝在輪胎狀中空框架中，以構(gòu)建“輪胎包球”（BIT）結(jié)構(gòu)。雙碳裝飾和BIT結(jié)構(gòu)的超細(xì)晶體都有利于電子/離子的快速傳輸，并顯著降低內(nèi)應(yīng)力。

同時，三元CoPSe晶體與N/P共摻雜碳基體之間的強(qiáng)界面相互作用有利于復(fù)合材料的快速動力學(xué)和高穩(wěn)定性。此外，這種CoPSe@NPCBIT復(fù)合材料是首次通過一種簡單的生物合作方法構(gòu)建的，其中局部生物燃燒、原位磷化和硒化同步。

圖2. 儲鉀機(jī)制研究

密度函數(shù)理論（DFT）結(jié)果顯示，CoPSe@NPC異質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在導(dǎo)電性能得到了改善，鉀的吸附和擴(kuò)散能力得到了增強(qiáng)。有限元模擬（FEA）表明，在離子嵌入/脫出過程中，BIT結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在均勻分布的壓抑應(yīng)力。電化學(xué)結(jié)果表明，在鉀離子體系中，CoPSe@NPC BIT復(fù)合材料具有卓越的高倍率能力和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

此外，基于CoPSe@NPC BIT負(fù)極制備的PIHCs和PIBs全電池表現(xiàn)出高能量密度、高功率密度和長期循環(huán)的高耐久性。更令人印象深刻的是，這兩個器件在不同的外部變形或?qū)挏囟确秶鷥?nèi)均表現(xiàn)出良好的耐濫用性，這使它們成為有前途的電源，以用于不同的應(yīng)用。

圖3. PIB全電池性能

Tailoring Stress-Relieved Structure for Ternary Cobalt Phosphoselenide@N/P Codoped Carbon towards High-Performance Potassium-Ion Hybrid Capacitors and Potassium-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.02.013

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