DOI: 10.1021/acsami.2c12058

因钾资源丰富，钾金属电池（PMBs）成为低成本、大规模储能系统的理想选择。然而，其应用受到体积变化大和枝晶生长严重的阻碍。在此，本研究通过同轴静电纺丝制备了一种CoZn半相干结构纳米颗粒嵌入氮掺杂空心碳管（CoZn@HCT）电极。由于高亲钾性CoZn半相干结构纳米颗粒和大的钾金属存储空间，自支撑CoZn@HCT作为K金属宿主显示出均匀的K形核和稳定的电镀/剥离（在1mA/cm2和1mAh/cm2下稳定循环1000h）。此外，（CoZn@HCT@K||PTCDA）全电池的电化学性能得以增强，具体表现为良好的循环稳定性和倍率性能。总体而言，本研究为无枝晶K金属负极和高性能PMBs提供了一种很有前景的策略。

图1.CoZn@HCT的合成步骤。

图2.CoZn@HCT的SEM图像（a-c）、TEM图像（d）、HR-TEM图像（e），以及C、N、Zn和Co元素的相应元素映射图像（f-i）。

图3.CoZn@HCT、Co@HCT、Zn@HCT和HCT的XRD图谱（a）、拉曼光谱（b）以及氮气吸附-解吸等温曲线和孔径分布（c）。CoZn@HCT和HCT的XPS全扫描光谱（d）。CoZn@HCT的C1s光谱（e）、O1s光谱（f）、N1s光谱（g）、Co2p光谱（h）和Zn2p光谱（i）。

图4.（i）CoZn@HCT和（ii）HCT的K电镀/剥离过程示意图。CoZn@HCT的表面形貌：（a）初始状态，（b）电镀2mAh/cm2 K金属，（c）K剥离直至电压为1V。HCT的SEM图像：（d）初始状态，电镀2mAh/cm2 K金属，（f）K剥离直至电压为1V。图示为横截面SEM。K电镀和剥离的电流密度为0.5mA/cm2。对电极为金属K。

图5.（a）当电流密度为1mA/cm2时，在不同电极上电镀/剥离0.5mAh/cm2 K金属的CEs。（b）CoZn@HCT@K和K对称电池的评估性能。对称电池在不同电流密度和面积容量下的电压曲线：0.5mA/cm2和0.5mAh/cm2（c），1mA/cm2和1mAh/cm2（d）。插图为电镀/剥离过程中的表面形貌（含60μL电解质）。

图6.（a）PMBs示意图。（b）CoZn@HCT@K||PTCDA和裸K||PTCDA电池的倍率性能。（c）CoZn@HCT@K||PTCDA全电池在不同电流密度下的充/放电曲线。不同充电速率下全电池的充电/放电曲线公司。（d）CoZn@HCT@K||PTCDA和裸K||PTCDA电池在0.1A/g电流密度下的循环性能。全电池在0.1A/g下循环200次之前（e）和之后（f）的EIS光谱。

图7.（a）Zn金属、（b）Co金属和（c）CoZn半相干结构吸附K原子的理论模拟。