成果簡介
硬碳是一種很有前途的鈉/鉀離子電池負極材料，在電網規模儲能領域備受關注。但仍然受到源於碳的亂層結構的緩慢電化學動力學的影響，導致倍率容量較差。本文，武漢科技大學李軒科、張琴和德國錫根大學的楊年俊等研究人員在《Carbon》期刊發表名為「Edge-enriched and S-doped carbon nanorods to accelerate electrochemical kinetics of sodium/potassium storage」的論文。研究提出利用一種簡單的策略來製備具有可控直徑和高度取向的碳層排列的邊緣富集和S摻雜的碳納米棒 (SCN)。
豐富的邊緣導致離子的擴散路徑更短，以及層間距的擴大，都有助於離子插入/脫離的快速動力學。這種獨特的高度定向結構使 SCN 陽極能夠為鈉和鉀離子存儲提供出色的倍率容量和持久的循環壽命。密度泛函理論（DFT）結果表明，摻硫活性位附近Na+離子的吸附增強，離子擴散勢壘降低，證實了SCN電極的電化學動力學得到了促進。這項工作為先進電極的合理設計提供了更多的思路，並對碳陽極的反應動力學提供了深入的見解。
圖文導讀
圖1。(a) SCPs 和 SCNs 的合成過程示意圖，(b) 聚合和 (c) 碳化 SCPs 的 SEM 圖像，(d) SCNs 中間體的 SEM 圖像，(e-g) SEM 圖像和直徑分布(e) SCNs-850、(f) SCNs-950 和 (g) SCNs-1050 的（插圖）。
圖2。三種 SCN 的鈉儲存性能。
圖3。SCNs-950的儲鉀性能
圖4。各種S摻雜位點的Na吸附能力， SCN 電極的Na +離子擴散係數，傳統碳（左）和 SCNs 電極（右）的離子存儲特性
小結
總之，通過在充滿硫蒸汽的氣氛下聚合噻吩來製造具有沿軸垂直排列的高取向碳層的S摻雜碳納米棒。SCN 為 Na/K 離子提供了豐富的活性邊緣平面位點和短擴散路徑，從而增強了電容行為。此外，S摻雜引起的大層間距離和合理的吸附能降低了離子擴散勢壘，從而在插層過程中提供了快速的反應動力學。獨特的結構使SCNs在不同電流密度下對SIBs和PIBs都具有大而穩定的比容量以及高倍率容量和循環耐久性。因此，改善碳陽極動力學的結構設計概念是有效且具有前瞻性的。
文獻：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.09.066
