研究小组在《能源材料进展》上发表了关于用于储能钾离子混合电容器的边缘氮掺杂多孔碳的新研究。
论文通讯作者、中国科学技术大学化学与材料科学学院教授陈伟表示：“开发低成本、高性能的电化学储能器件势在必行。”“目前，锂离子电池仍然在市场上占据主导地位，但它们在锂资源和功率密度方面都受到限制。”
Chen解释说，钾离子混合电容器(PIHC)作为锂离子电池的替代品具有几个显着的优势，特别是对于具有电容性碳阴极和电池型碳阳极的双碳钾离子混合电容器(DC-PIHC)来说，它们成本低，功率/能量密度高。
“目前，对于电池型碳负极来说，缓慢的反应动力学和巨大的体积膨胀导致其倍率性能较差，且长循环寿命较短，无法与电容正极相媲美，”陈说。“因此，为DC-PIHC开发具有优异倍率性能和长循环寿命的碳质阳极具有重要意义。”
人们已经开发了各种策略来调整碳质材料的微观结构，例如杂原子掺杂和多孔结构构建以提高电化学性能。目前多孔碳的合成方法通常采用各种模板，增加了成本并产生大量副产物。
此外，不同类型的氮掺杂在碳材料中表现出不同的作用。人们普遍认为吡咯氮和吡啶氮是碳材料中的电化学活性位点，而掺杂到碳晶格中的石墨氮对K+吸附没有影响。因此，有必要探索简便、经济的合成高浓度边缘氮(吡咯氮和吡啶氮)掺杂多孔碳的策略。
Chen说：“在本文中，我们开发了一种无模板策略，用于从D(+)-盐酸氨基葡萄糖(DGH)和羧化壳聚糖制备高浓度边缘氮掺杂多孔碳(NPC)阳极DC-PHIC(CC)，包括水热聚合和高温碳化两个步骤。我们的目的是为该领域的未来研究提供启发。”
“BET和XPS分析表明，NPC具有较大的比表面积(523.2m2/g)，并且具有5.19at%的高边缘氮掺杂水平，这提高了K+吸附和嵌入能力，”Chen说。
“结果，NPC阳极在2000次循环后显示出在0.1Ag-1下315.4mAhg-1的高容量和在5Ag-1下189.1mAhg-1的高容量，”Chen说。“组装好的NPC//CMK-3PIHC可提供71.1Whkg-1的高能量密度，在8,000次循环中，功率密度为771.9Wkg-1，每个循环的容量衰减仅为0.0025%。”