钾离子电池(PIB)被认为是一种很有前途的低成本高能电池,但目前用于PIB的电极材料容量较低,循环性能较差。
近日,西湖大学徐宇曦研究员,同济大学王颖教授报道了一种有效的界面工程策略,通过强的化学相互作用,制备被还原的氧化石墨烯(rGO)紧密包裹的金属有机骨架(MOF)纳米晶,作为PIB的独立负极。
文章要点
1)在实验分析和理论计算的基础上,研究人员系统地研究了MOF纳米晶与导电rGO之间的化学键合界面的作用,发现与微观形貌几乎相同的MOF和rGO的物理混合物相比,强化学界面能显著提高钾离子在MOF纳米晶中的吸附能和离子迁移动力学。
2)结果表明,具有强界面化学偶联性的MOF-rGO杂化电极在0.1 A g-1下具有422 mAh g-1的超高可逆容量,在5 A g-1下具有优异的倍率性能(202 mAh g-1),并且具有优异的长期循环性能(在2 A g-1下,2000次循环后的超低衰减率为0.013),不仅明显优于MOF/rGO的物理混合物,而且是已报道的聚异丁烯负极中最好的负极之一。
这项工作不仅展示了MOF在电化学储能系统中的巨大潜力,而且为优化/最大化电极的电化学性能提供了一种简单而通用的界面工程策略。
Peitao Xiao, et al, Interface Engineering between Metal-Organic Framework Nanocrystal and Graphene toward Ultrahigh Potassium-Ion Storage Performance, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c03488
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c03488