新興的便攜式電子和電動(dòng)汽車的快速發(fā)展伴隨著可再生能源的廣泛利用，加速了廉價(jià)、可持續(xù)和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展。然而，考慮到鋰的高成本和有限的儲(chǔ)量，商業(yè)鋰離子電池（LIBs）的大規(guī)模應(yīng)用受到很大限制。鈉離子電池（SIBs）和鉀離子電池（PIBs）因其豐富的資源而成為大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛在候選者。然而，由于鈉/鉀離子的大尺寸，碳基負(fù)極的不令人滿意的倍率和循環(huán)性能成為SIBs/PIBs應(yīng)用的瓶頸。
鑒于此，布里斯托爾大學(xué)Stephen J. Eichhorn教授通過可控的單向冰模板技術(shù)合成了具有分層定制通道的氧摻雜垂直排列碳?xì)饽z（VCAs），以作為 SIBs/PIBs的高性能負(fù)極。當(dāng)應(yīng)用于SIBs時(shí)，VCA-3在0.1 C時(shí)提供了 ≈298 mAh g-1的最高可逆容量，并在0.5 C下具超過2000次循環(huán)的出色循環(huán)性能；而當(dāng)應(yīng)用于PIBs時(shí)，VCA-5則在0.1 C下表現(xiàn)出≈258 mAh g-1的卓越的容量，并在0.5 C下循環(huán)1000次后保留82.7%的容量。此外，SIBs/PIBs的全電池證明了VCA在應(yīng)用中的潛力。
文章亮點(diǎn)：
- 這是首次通過控制單向冰模板技術(shù)的冷卻速率來提高VCA負(fù)極應(yīng)用于SIBs/PIBs的倍率和循環(huán)性能。
- 通過溫和地控制單向冰模板技術(shù)的冷卻速度，可逐漸調(diào)整VCA石墨域的氧官能度、有序結(jié)構(gòu)、缺陷密度、通道寬度以及層間距，以調(diào)節(jié)Na+/K+存儲(chǔ)行為，從而確保優(yōu)化的碳微/納米結(jié)構(gòu)適合它們作為穩(wěn)定的SIB或PIB負(fù)極材料。
- 這項(xiàng)工作證明了通過可控冰模板策略調(diào)節(jié)電化學(xué)存儲(chǔ)性能的實(shí)用途徑，該策略可以輕松擴(kuò)展到各種其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，如鋅離子、鈣離子、鋁離子和鎂離子電池，展示了其在下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)方面的普遍潛力。
