钾离子电池（PIBs）是未来大规模储能的潜在候选储能技术。其面临的一个关键的挑战是石墨碳负极的(脱)钾化稳定性受到(002)层间距限制的阻碍。具有层次化结构的无定形碳可以缓冲重复(脱)钾化过程中的体积变化，从而实现稳定的循环。

近日，广东工业大学张文礼教授，阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef报道了展示了一种直接热解策略，用于合成用于PIBs负极的高氮掺杂的手风琴状碳（N-ALC），其由薄层状碳纳米片和涡轮层状晶体结构组成。

文章要点

1）选择尿酸（UA）作为直接热解合成N-ALC的碳前驱体，UA是一种具有颗粒形态的晶体。尿酸在380 °C以上分解，(120)晶面取向相对稳定，因此，分解的UA分子被组装成纳米圆柱体，如UA-420和UA-500所示。这些纳米圆柱体经历进一步的分解，这导致在N-ALC骨架中形成薄的碳纳米片。研究人员进一步制备了热解温度为700和900 ℃的碳（记为N-ALC-700和N-ALC-900）。

2）N-ALC呈现出由26.7at.%超高氮掺杂率的薄层碳纳米片和丰富的缺陷位组成的层次化结构，从而提高了其脱钾能力和循环稳定性。而N-ALC的分级结构是则由于热解过程中的自组装现象所致。

本工作为利用直接热解工艺设计具有层次结构和富缺陷晶状结构的碳负极开辟了新的途径。

参考文献

Wenli Zhang, et al, Accordion-Like Carbon with High Nitrogen Doping for Fast and Stable K Ion Storage, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202101928

https://doi.org/10.1002/aenm.202101928