钾离子电容器（PICs）因其高能量/功率密度和丰富的钾元素而受到越来越多的关注。然而，实现与电容型正极匹配的高倍率电池型负极仍然是一个巨大的挑战。

近日，山东理工大学周晋教授，周通，中科院金属研究所李峰研究员报道了通过在碳纳米纤维（CNFs）上负载碳涂层WS₂纳米片（C-WS₂@CNFs），设计了一种用于PIC的独立负极。

文章要点

1）研究人员首先通过静电纺丝和碳化工艺制备了具有柔韧性的聚丙烯腈基CNFs膜。通过水热法在CNFs基底上生长了多层WS₂纳米片，得到WS₂/CNFs杂化材料。进行随后的硫化过程以提高WS₂的纯度并获得WS₂@CNFs。利用聚多巴胺(PDA)涂覆WS₂@CNFs并进行退火处理，从而获得柔性C-WS₂@CNFs。

2）得益于WS₂的独特纳米结构和高纯度，C-WS₂@CNFs在50 mA g⁻¹时表现出319 mAh g⁻¹的高可逆容量，在10 A g⁻¹时表现出168 mAh g⁻¹的高倍率性能。

3）研究人员利用原位拉曼、原位XRD、非原位XRD和TEM证实了C-WS₂@CNFs中K₂S₅中间相插层转化反应机理，即由初始插层（WS₂→K_xWS₂）和中间相K2S5转化为最终产物K₂S和W（K_xWs₂→K₂S₅→W+K₂S）。此外，第一性原理计算结果显示，C-WS₂@CNFs具有快速的K⁺扩散动力学和高K吸附能力。

4）由C-WS₂@CNFs负极和活性碳纳米纤维正极组装而成的PIC具有高达180.4 Wh kg⁻¹的高能量密度、出色的倍率性能和长循环寿命。

参考文献

S. Geng, T. Zhou, M. Jia, X. Shen, P. Gao, S. Tian, P. Zhou, B. Liu, J. Zhou, S. Zhuo and F. Li, Carbon-coated WS2 Nanosheets Supported on Carbon Nanofibers for High-rate Potassium-ion Capacitors, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE00193K

https://doi.org/10.1039/D1EE00193K