碳质材料由于其低电压平台，高导电性和优异的电化学兼容性，通常被用作高能量密度钾离子混合电容器（KICs）的阳极。其比容量的改善和缓慢的插层机制仍然是进一步提高KICs能量密度同时保持高功率密度和长循环寿命面临的巨大挑战。

近日，河北工业大学王恭凯，张程伟报道了采用双模板法制备了一种N掺杂介孔碳球阵列复合材料。

文章要点

1）首先通过对聚甲基丙烯酸甲酯蛋白石(PMMA亚微球阵列)的反向复制工艺制备了SiO₂反蛋白石（3D有序大孔二氧化硅）。然后，以SiO₂反蛋白石为第二模板剂，在900 ℃氮气中加热SiO₂反蛋白石/前驱体复合材料，制备了掺氮介孔碳球阵列（NMCSA@Co），最后在350 ℃空气中加热NMCSA@Co，将Co部分氧化为Co₃O₄，制得了NMCSA@Co/Co₃O₄介孔碳球阵列。

2）所制备的N掺杂碳球阵列具有互穿的大孔和中孔，有利于电子的快速传输和K+的快速扩散。此外，阵列中均匀引入的Co₃O₄纳米颗粒（NPs）能够实现动力学增强的转化反应，从而实现过量和快速的K⁺存储。同时，部分氧化的Co NPs可以有效地提高整个复合材料的导电性。

3）得益于这种由封装的Co₃O₄纳米粒子优化的转化能力，具有插层和转化耦合机制的复合材料显示出优异的容量和循环寿命。组装的KIC具有高的能量/功率密度（148 Wh kg⁻¹/124 W kg⁻¹）和良好的循环性能（0.5A g−1下，5000次循环后，容量保持率为94%）。

这一有前途的策略为开发用于高性能KICs的具有协同K⁺储存混合机制的碳基复合负极提供了新的途径。

参考文献

Hongxin Liu, et al, Superior Rate Mesoporous Carbon Sphere Array Composite via Intercalation and Conversion Coupling Mechanisms for Potassium-Ion Capacitors, Adv. Funct. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adfm.202107728

https://doi.org/10.1002/adfm.202107728