成果简介
硬碳是一种很有前途的钠/钾离子电池负极材料，在电网规模储能领域备受关注。但仍然受到源于碳的乱层结构的缓慢电化学动力学的影响，导致倍率容量较差。本文，武汉科技大学李轩科、张琴和德国锡根大学的杨年俊等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Edge-enriched and S-doped carbon nanorods to accelerate electrochemical kinetics of sodium/potassium storage”的论文。研究提出利用一种简单的策略来制备具有可控直径和高度取向的碳层排列的边缘富集和S掺杂的碳纳米棒 (SCN)。
丰富的边缘导致离子的扩散路径更短，以及层间距的扩大，都有助于离子插入/脱离的快速动力学。这种独特的高度定向结构使 SCN 阳极能够为钠和钾离子存储提供出色的倍率容量和持久的循环寿命。密度泛函理论（DFT）结果表明，掺硫活性位附近Na+离子的吸附增强，离子扩散势垒降低，证实了SCN电极的电化学动力学得到了促进。这项工作为先进电极的合理设计提供了更多的思路，并对碳阳极的反应动力学提供了深入的见解。
图文导读
图1。(a) SCPs 和 SCNs 的合成过程示意图，(b) 聚合和 (c) 碳化 SCPs 的 SEM 图像，(d) SCNs 中间体的 SEM 图像，(e-g) SEM 图像和直径分布(e) SCNs-850、(f) SCNs-950 和 (g) SCNs-1050 的（插图）。
图2。三种 SCN 的钠储存性能。
图3。SCNs-950的储钾性能
图4。各种S掺杂位点的Na吸附能力， SCN 电极的Na +离子扩散系数，传统碳（左）和 SCNs 电极（右）的离子存储特性
小结
总之，通过在充满硫蒸汽的气氛下聚合噻吩来制造具有沿轴垂直排列的高取向碳层的S掺杂碳纳米棒。SCN 为 Na/K 离子提供了丰富的活性边缘平面位点和短扩散路径，从而增强了电容行为。此外，S掺杂引起的大层间距离和合理的吸附能降低了离子扩散势垒，从而在插层过程中提供了快速的反应动力学。独特的结构使SCNs在不同电流密度下对SIBs和PIBs都具有大而稳定的比容量以及高倍率容量和循环耐久性。因此，改善碳阳极动力学的结构设计概念是有效且具有前瞻性的。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.09.066
