作為鉀離子電池(PIBs)負極的碳質材料，特別是具有石墨層結構的碳質材料，是PIBs產業化的基礎。然而，具有石墨層結構的碳質材料通常循環壽命和穩定性較差，更不用說用于獨立性和柔性的PIBs。在這里，通過在還原氧化石墨烯表面引入碳點(CDs@rGO)，合成了一個獨立且柔性的3D混合結構，作為高性能PIBs負極。CDs@rGO紙由于其獨特的結構，具有高效的電子和離子轉移通道，從而增強了反應動力學。另外，CDs可以提供大量的缺陷和含氧官能團，從而改善電化學性能。這種獨立且具柔性的負極在100 mA g
-1時表現出310 mAh g
-1的高容量，超長循環壽命(在200 mA g
-1時循環840次后，容量為244 mAh g
-1)，以及優秀的倍率性能(從100到500 mA g
-1的六個連續電流，在500 mA g
-1時具有185 mAh g
-1的高容量)，超過許多現有的碳質PIB負極。該結果可能為高性能獨立柔性PIBs提供起點，并促進下一代柔性電池的快速發展。
Figure 1. a)制備的柔性、獨立的CDs@rGO薄膜紙。b-e) CDs@rGO薄膜紙SEM圖。CDs@rGO薄膜紙的f) TEM圖和g) HRTEM圖。h) CDs在rGO上的大小分布直方圖。i) CDs @rGO堆疊模型示意圖。j) CDs@rGO薄膜紙的XRD圖。k) CDs@rGO薄膜紙的Raman圖。l) CDs@rGO薄膜紙的XPS圖。
Figure 2. a)掃描速率為1mv s
−1時CV曲線。b) 100 mA g
−1時的充放電曲線。c)初始2個周期對應的dQ/dV概況。d)經100 mA g
−1激活后，在100~500 mA g
−1不同電流密度下的倍率性能。e) 在100~500 mA g
−1對應的充放電曲線。f) 在200 mAh g
−1下的長循環性能。g)比較CDs@rGO薄膜紙和其他報道的PIBs碳質電極在不同電流下的比容量。
Figure 3. a) CDs@rGO半電池在0.1~0.4 mV s
−1的CV曲線。b)正極電流峰b值的測定。c) CDs@rGO電極電荷存儲容量(紅色)和擴散容量(灰色)。d)不同掃描速率下電容(紅色)和擴散控制(灰色)容量的貢獻率。e) K/CDs@rGO電池的EIS測試。f) K/rGO電池的EIS測試。
Figure 4. a-c) CDs@rGO薄膜負極初始三個循環放電/充電過程的XRD結果等值線圖。原始CDs@rGO薄膜極和8個循環后半電池負極的XPS譜：d)全譜；e) C1s；f) O1s；g) F1s。h)在充滿電的CDs@rGO電極上C、K、F和P元素分布。e)含O相關基團的K離子的結合能。j) K離子和C-OH基團結合能計算的模型結構。
相關研究成果于2020年由湖南大學Bingan Lu課題組，發表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000470)上。原文：Carbon Dots@rGO Paper as Freestanding and Flexible Potassium-Ion Batteries Anode。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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