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摘要
钾离子电池因其较高的能量密度和丰富的钾资源,具有成为大规模储能设备的潜力。但钾离子的半径较大引起的可逆容量低和循环稳定性等问题限制了钾离子电池的实际应用。在本项工作中,我们将前驱体细菌纤维素浸泡在作为造孔剂和掺杂剂的Mg(NO3)2溶液中,经炭化和酸洗处理后,制备出氮掺杂细菌纤维素基炭材料(NBCC)。该材料有相互连接的多孔网络结构、均匀的N元素分布(原子占比3.38%)以及高表面积等特点(1 355 m2 g-1)。同时,探究了Mg(NO3)2溶液浓度对材料形貌、孔隙率、N掺杂量和电化学性能的影响。经过性能优化,NBCC作为钾离子电池负极在5 A g-1的大电流密度下,可逆容量可达134 m Ah g-1;在2 A g-1的电流密度下,循环2 500圈后,比容量仍保持为307 m Ah g-1。以NBCC作为负极组装的钾离子混合电容器,在能量密度为166 Wh kg-1时,具有493 W kg-1的功率密度,循环2 000圈后仍具有95%的容量保持率,证明了该材料具有很强的实际应用潜力。本工作通过简便的合成方法制备的炭负极材料表现出良好的电化学性能,有望促进绿色、大规模储能设备的发展。
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