钾离子混合电容器(KIC)由于其高能量密度、高功率密度和丰富的钾源，在大规模储能领域受到了极大的关注。然而，要获得高容量和长寿命的KIC仍然具有挑战性，大尺寸的钾离子会导致电极的动力学缓慢和快速的结构粉碎化。

基于此，南京大学Hao Wang，都柏林三一学院Valeria Nicolosi，苏州大学高立军教授报道了采用自模板法在3D N掺杂的碳网络上制备了超小尺寸的VO₂−V₂O₅异质结构，其尺寸为∼5 nm。

文章要点

1）研究人员首先将草酸、双氰胺和钒酸铵的混合前驱体在氮气气氛下550 °C退火。在此过程中，双氰胺转化为中间体石墨碳氮化物(g-C₃N₄)，钒酸铵还原为VO₂，得到VO₂/g-C₃N₄复合材料。然后在N₂气流中800°C退火(VN/NC)，并在空气中280 °C部分氧化，得到最终目标产物VO₂−V₂O₅/NC。

2）得益于VO₂−V₂O₅异质结的超小尺寸、良好的界面效应、高导电性的3D碳网络和独特的K⁺储存机制，VO₂−V₂O₅/NC在钾离子储存方面表现出优异的性能，例如在0.1 A g⁻¹下200次循环后的可逆容量为501 mAh g⁻¹，在K离子半电池中保持108 mAh g⁻¹的倍率容量为10 A g⁻¹。

3）进一步，由VO₂−V₂O₅/NC负极和商用活性炭(AC)正极组成的KIC的最大能量密度和功率密度分别高达154 Wh kg⁻¹和10000W kg⁻¹，并在10000次循环中具有优异的长期稳定性，5000次循环后容量保持85.1%，10000次后容量仍保持72.1%。

本研究为设计高能、长效的钾离子储存电极和器件提供了一条可供实际应用的途径。

参考文献

Xiaoxiao Kuai, et al, Interfacial Engineered Vanadium Oxide Nanoheterostructures Synchronizing High-Energy and Long-Term Potassium-Ion Storage, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c09935

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09935