钾离子电池（PIBs）被认为是锂离子电池（LIBs）的新一代储能技术。但是，其较大的离子半径阻碍了K⁺向常规碳电极的插入，导致钾化动力学缓慢，循环稳定性差等问题。

近日，澳门大学洪果教授报道了通过简单的吡咯聚合和聚偏氟乙烯（PVDF）微球的引入，提出了一种制备N、F双掺杂软碳纳米纤维（NFSC）的简便方法。

文章要点

1）当N和F掺杂量分别为5.6 at%和1.3  at%时，所制备的NFSC对PIBs表现出优异的电化学性能，在0.2 A g⁻¹下的可逆容量达到238 mAh g⁻¹，在1 A g⁻¹下1000次循环后循环稳定性达到186 mAh g⁻¹。

2）得益于N掺杂（提高活性中心和电导率）、F掺杂（降低了K⁺与软碳纳米管之间的结合能）和丰富的中孔/微孔结构（增加了K⁺离子储存的活性中心）的协同作用，开发的NFSC是PIBs中性能最佳的碳质负极之一。

3）密度泛函理论（DFT）计算表明，各种杂原子之间的相互作用对软碳中的活性中心有积极的影响，同时伴随着K⁺传递路径的减少和NFSC电导率的增加。

研究发现有望从倍率性能和循环性能两个方面促进基于软碳负极的高性能PIBs的发展。

参考文献

Yun-lei Zhong, et al, Nitrogen and Fluorine Dual Doping of Soft Carbon Nanofibers as Advanced Anode for Potassium Ion Batteries, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202101576

https://doi.org/10.1002/smll.202101576