DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.154332

由于钾的低成本和低氧化还原电位，钾离子电池（KIBs）被认为是大规模储能设备的可靠候选。然而，由于缺乏能够有效存储大尺寸K离子的合适电极材料，KIBs的实际应用仍然具有挑战性。本研究成功制备了一种高度稳定的一维VS4/碳复合材料，其中VS4纳米颗粒限制在N掺杂多通道碳纳米纤维（VS@NMCNF）中，该复合材料由静电纺丝和随后的原位热解硫化制备而成，可用于KIBs中。多孔结构的碳纳米纤维对于使钒硫化物具有无定形晶体结构至关重要。得益于快速离子/电子传输、硫化钒的无定形性质以及碳基体的结构稳健性，VS@NMCNF电极表现出高可逆容量（在0.5A/g下约为404.6mAh/g）、4000次循环的循环稳定性和出色的倍率性能（在2.0A/g下为284.8mAh/g）。此外，由VS@NMCNF//普鲁士蓝组成的K离子全电池表现出稳定的可逆容量（在0.1A/g时为233.1mAh/g）和高倍率性能（在2.0A/g时为187.9mAh/g）。

图1.（a,b）VS@NMCNF的SEM图像，（c-e）低倍和高倍TEM和HR-TEM图像，（f）SAED图谱和（g）EDX映射图像。

图2.VS@NCNF的（a）SEM图像，（b,c）TEM和HR-TEM图像，（d）SAED图谱和（e）EDX映射图像。

图3.VS@NMCNF的XPS分析：（a）C1s，（b）N1s，（c）V2p和（d）S2p。

图4.（a-c）完全放电和（d-f）完全充电VS@NMCNF电极的非原位TEM分析结果。

图5.VS@NMCNF、VS@NCNF、裸V3S4薄片和NMCNF电极的电化学性能：（a）0.1A/g下的初始恒电流充放电曲线，（b）0.5A/g下的循环性能和库仑效率，（c）倍率性能，（d）VS@NMCNF电极在2.0A/g时的长期循环性能。

图6.（a,b）不同扫描速率下的CV曲线，（c,d）所选峰的拟合log（峰值电流）与log（扫描速率）曲线图，（e,f）CV显示VS@MNCNF和VS@NCNF电极在2.0mV/s下的电容贡献和（g,h）不同扫描速率下的电容贡献。

图7.（a）VS@NMCNF、（b）VS@NCNF和（c）裸V3S4薄片的GITT曲线以及（d）计算的电极扩散系数。

图8.VS@NMCNF和VS@NCNF的电化学阻抗谱结果：（a）新鲜状态和（b）第200次循环后，以及（d）ω-1/2与Zre之间的关系。

图9.（a）第1次和第2次循环的恒电流充放电曲线，（b）0.1A/g下的循环性能，（c）倍率性能以及（d）由VS@NMCNF//PB钾离子全电池点亮的LED。