钠、钾离子储能技术具有成本低、能量密度高等优点，近年来受到了越来越多的关注，然而，由于缺乏合适的具有快速离子扩散动力学的负极材料，它们的发展受到严重阻碍。

近日，中科大章根强教授提出了一种纳米受限的原位聚合工艺，以MnO₂空心球为牺牲模板和氧化剂制备磷氮双掺杂空心碳球（PNHCS）。

文章要点

1）得益于P/N双掺杂、高介孔结构和中空结构的特点，PNHCS负极表现出高比容量（在0.2 A g⁻¹下，Na⁺容量达到256.4 mA h g⁻¹，K⁺容量达到250.1 mA g⁻¹）、优异的倍率性能（10 A g⁻¹下的储钠容量为141.1 mA h g⁻¹，2 A g⁻¹下的储钾容量为103.9 mA g⁻¹）以及循环稳定性，并且在5000次循环后容量没有明显的衰减（SIB中的10 A g⁻¹，KIB中的1.0 A g⁻¹）。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，P/N双掺杂可以有效地调节碳的电子结构，进而促进碳对K⁺的吸附能力。此外，结合原位拉曼光谱、非原位X射线光电子能谱(XPS)表征和恒电流间歇滴定技术(GITT)的分析，揭示了Na⁺和K⁺的表面驱动行为主导的存储机制，其中赝电容贡献比在不同的电势范围内是不同的，对应于不同阶段的不同存储机制。

3）值得注意的是，PNHC//AC KIHC可以在178.8 W kg⁻¹的功率密度下提供197.65 W kg⁻¹的优异能量密度，并在1.0 A g⁻¹下超过3000次循环。

参考文献

Jingyu Gao, et al, Engineering Electronic Transfer Dynamics and Ion Adsorption Capability in Dual-Doped Carbon for High-Energy Potassium Ion Hybrid Capacitors, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c00140

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00140