稳定界面助力石墨实现超长储钾性能

摘要

石墨作为锂离子电池的商业阳极材料，由于其高丰度、低成本和低电位的优势，在K离子电池中也显示出了的巨大潜力。然而，K离子半径（0.138 nm）大于Li离子半径（0.076 nm），会造成的明显结构损伤导致明显的容量衰减和不稳定的循环寿命。在这里，我们用简单有效的微波方法通过石墨烯涂层设计了石墨阳极的稳定界面。微波还原可以在10 s内有效地去除氧化石墨烯的氧基，这一点得到了X射线光电子能谱（XPS）的证实。石墨烯涂层不仅可以缓冲石墨的体积膨胀以抑制结构崩溃，还可以加速电子传输以提高倍率性能。石墨烯涂层负极（GCG）在3000次循环后表现出262 m Ah·g^-1的超级循环稳定性。与石墨相比GCG的倍率性能也更加优异(500 m A·g^-1的电流密度下容量为161.2 m Ah·g^-1)。相反，在相同的电流密度下，石墨的容量在150次循环后衰减到小于150m Ah·g^-1。进一步的电化学阻抗（EIS）和恒电流间歇滴定（GITT）测试表明，与石墨相比，GCG表现出更快的电导率和离子扩散。循环后的拉曼光谱、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）图像验证了石墨烯作为缓冲界面有利于电极结构的完整性和固体电解质膜（SEI）的稳定性。这项工作为钾离子电池的大规模应用提供了新的希望。

关键词

钾离子电池 / 负极 / 石墨烯 / 微波还原 / 界面